{首页主词},&

濱海電廠水系統碳鋼管道的腐蝕控制

2018-05-17 11:07:10 作者：本網整理來源：腐蝕與防護分享至：

隨著淡水資源的日益短缺，我國幾乎所有的濱海電廠均設計從海水中獲取工業生產用水；即采用海水作為循環冷卻水，以海水反滲透產水作為全廠所需淡水。然而，目前有關火電廠輸水管道在海水及反滲透產水中腐蝕差異卻鮮見報道。

今天，我們就將對比研究碳鋼在海水和水反滲透產水中的腐蝕差異，以期更好地分析工業水管在服役環境中的腐蝕原因，并探索濱海電廠水系統碳鋼管道的有效防腐蝕方法。

試樣及試劑

Q235A碳鋼

尺寸為40×13×2mm

試樣表面用金相砂紙（0~6號）逐級打磨后待用；

電化學用試樣除了1平方厘米工作面外，其余部分采用環氧樹脂封裝；

試驗溶液為取自該電廠的海水、反滲透產水水樣，見表1。

表1 海水及反滲透產水主要水質指標

試驗方法

失重試驗

銹層表征

電化學試驗

結果與討論

圖1 管材內壁銹層形貌

如圖1所示，海水管道內壁附有較致密銹層，管材腐蝕情況相對較輕；而工業水管內壁形成有較厚且疏松銹層，管厚減薄現象嚴重。

圖2 試樣在不同溶液中的腐蝕速率

隨時間曲線

由圖2可見，碳鋼在海水及反滲透產水中的腐蝕過程截然不同。海水反滲透產水對碳鋼的侵蝕破壞比海水更強；若無合適的防腐蝕手段，碳鋼管在反滲透產水中不耐蝕。這一結果也與圖1所示的電廠管道腐蝕現象一致。

開始浸泡時，碳鋼在海水中腐蝕速率（約2.4mm/a）遠大于反滲透產水中腐蝕速率（約0.5mm/a）；這是因為此時溶氧供應充足，碳鋼腐蝕速率由具有腐蝕加速作用的氯離子濃度控制。之后，隨著浸泡時間的延長，碳鋼在兩種介質中的腐蝕速率變化趨勢截然不同。

許多研究表明金屬的腐蝕過程將受到表面銹層干擾，因而可推出碳鋼在兩種介質中形成的銹層將存在顯著差異，導致對金屬腐蝕產生不同影響（抑制或促進作用）。

圖3 試樣在兩種溶液中浸泡360h后

表面銹層形貌

圖4 試樣在兩種溶液中浸泡360h后

銹層的截面形貌

由圖3和圖4可見：海水中，碳鋼銹層以較厚的黃色外銹層為主，清除外銹層后可見較薄的黑色內銹層，銹層不易清除，與金屬基體之間附著力較強，較致密。而反滲透產水中碳鋼銹層的黃色外銹層很薄，黑色內銹層為銹層主體，銹層與碳鋼基體之間附著力較差，用水很容易沖洗干凈，形貌較蓬松、不致密。

碳鋼在海水、反滲透產水中浸泡360h形成的銹層的XRD分析結果見圖5所示。

圖5 試樣在不同溶液中浸泡360h后

表面銹層的XRD譜圖

圖5表明碳鋼在海水及反滲透產水中形成的銹層在組分比例上有顯著不同，這與形貌分析結果一致。海水中，碳鋼銹層主要由黃色的γ-FeOOH構成，另外也含有少量Fe3O4及α-FeOOH。而反滲透產水中，碳鋼銹層主要由黑色的Fe3O4構成，黃色的γ-FeOOH及α-FeOOH含量很少。

分別對在海水及反滲透產水中浸泡2h、360h的碳鋼電極進行交流阻抗測試，結果見圖6。

圖6 碳鋼在不同溶液中

浸泡不同時間后的Nyquist圖

碳鋼電極在海水、反滲透產水中掛片2h后，其表面還未有銹層，此時阻抗譜均僅包含一個單容抗弧（見圖6）；其等效電路見圖7（a）。當在海水、反滲透產水中掛片360h后，碳鋼電極表面均已形成明顯銹層（見圖3），此時其譜圖呈現完全不同特性。海水中碳鋼譜圖由兩個半圓組成，即譜圖中出現了代表銹層電阻的容抗弧，其等效電阻見圖7（b）。而反滲透產水中碳鋼譜圖由一個容抗弧和一條代表Warburg阻抗的直線組成，未出現銹層電阻，其等效電阻見圖7（c）。Nyquist曲線解析結果見表2。

圖7 電化學阻抗譜的等效電路

表2 Nyquist曲線解析結果

由表2可知，試樣在海水中形成的銹層對其腐蝕過程有一定的阻礙作用，阻抗譜中出現有銹層阻抗（Rr），這是因為致密銹層能夠阻礙溶氧的遷移過程。

反滲透產水中，碳鋼阻抗譜中出現了Warburg阻抗，表明此時碳鋼腐蝕由氧擴散決定。

然而，碳鋼在反滲透產水中形成的疏松銹層對其腐蝕過程無阻礙能力，一方面并未出現銹層電阻，另一方面傳遞電阻值Rt值在銹層生成后顯著降低，說明銹層反而對基體腐蝕有強加速作用。

這是因為迅速形成的疏松Fe3O4層具有優良的導電性，能夠起到陰極作用而促進氧還原。

防腐蝕措施

通過對前文的數據進行分析可知，碳鋼在海水中腐蝕主要會受到高濃度Cl-等侵蝕性離子加速，因而其腐蝕防護要以抑制Cl-離子侵蝕為主。

工程上常對碳鋼海水管道的內壁進行涂層防護，以隔絕高濃度Cl-的侵蝕；此外，為了進一步降低Cl-離子對涂層針孔缺陷處管道的腐蝕，我們在該電廠的海水管道上加裝了一套外加電流陰極保護裝置，見圖8。

圖8 外加電流陰極保護裝置

由于電廠工業水管管徑較小（通常小于200mm）且管線十分復雜，進行涂層防腐難度很大；反滲透產水電導率不高，布置外加陰極保護也無可行性。投加緩蝕劑的方法又會受到銹層干擾而達不到理想效果。

雖然單純從侵蝕性來講，海水反滲透產水比海水要弱得多，但碳鋼在反滲透產水中的腐蝕是一種受銹層加速的腐蝕；因此反滲透產水管道（工業水管）的防腐工作應從抑制具有腐蝕加速能力銹層的產生入手。

通過增加反滲透產水的堿度及硬度（緩沖性能），提高其pH值，能夠改變銹層特性，從而根本上降低管道腐蝕。對反滲透產水的重新礦化可以通過讓其緩慢流過填充白云石、石灰石粉等礦化物的過濾床來實現。

本文通過實驗室添加NaHCO3、CaCl2藥劑來調節反滲透產水的堿度及硬度，之后進行碳鋼168h掛片，結果見表3。

表3 不同水質下碳鋼腐蝕速率

如表3所示，提高反滲透產水緩沖性的方法可以有效降低其腐蝕性，減緩其對碳鋼管材的腐蝕；特別是當堿度大于1mmol/L、Ca2+離子大于0.5mmol/L后，緩蝕作用顯著。在實際工程應用中，可以通過控制反滲透產水流經礦化床的流速，并同時加入CO2、H2SO4等助溶劑的方法，使反滲透產水達到預設的礦化要求。

另外，對反滲透產水管道（工業水管）采用更耐蝕的材料也是一種解決辦法。本文對304不銹鋼進行了168h的動態掛片，結果見圖9。