工业水处理培训循环水的腐蚀及其控制剖析

冷却水系统的腐蚀及控制目录1、金属腐蚀的基本知识2、循环冷却水系统的腐蚀因素3、循环冷却水系统的腐蚀控制（缓蚀）1、金属腐蚀的基本知识由于和周围介质相作用，使材料（通常是金属）遭受破坏或使材料性能恶化的过程称为腐蚀。

腐蚀是一种电化学过程，通过腐蚀，一种金属可以恢复到原来自然的状态。

例如：铁的腐蚀过程即是由铁回复到赤铁矿（FeO）,磁铁矿（Fe a C4）的状态。

1.1全面腐蚀和局部腐蚀在水中金属的腐蚀是电化学腐蚀，电化学腐蚀分为全面腐蚀和局部腐蚀。

全面腐蚀即均匀腐蚀，腐蚀在金属表面上基本均匀地进行。

这种腐蚀不易造成穿孔，腐蚀产物氧化铁可以在整个金属表面上形成，在一定的情况下有保护作用，但也可能形成严重的污垢。

当腐蚀集中于金属表面的某些部位时，称为局部腐蚀。

局部腐蚀的速度很快，往往在早期就可以使材料腐蚀穿孔或龟裂，所以危害性很大。

垢下腐蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀等均属局部腐蚀。

全面腐蚀的阴阳极并不分离，阴极面积等于阳极面积，阴极电位等于阳极电位。

局部腐蚀的阴极阳极互相分离，阴极面积大于阳极面积，但阳极电位小于阴极电位，腐蚀产物无保护作用。

1.2金属腐蚀的电化学过程，碳钢在冷却水中的腐蚀机理金属的腐蚀电化学反应实际是这样的过程：首先是在溶液中的金属释放自由电子（通常把释放自由电子的氧化反应称为阳极反应）自由电子传递到阴极（接受电子的还原反应称为阴极反应）；电子再由阴极传递到溶液中被其他物质吸收。

因此腐蚀过程是一个发生在金属和溶液界面上的多相界面反应，同时也是一个多步骤的反应。

由以上叙述中可以看出，一个腐蚀过程至少由一个阳极（氧化）反应一个阴极（还原）反应组成。

碳钢在冷却水中的腐蚀是一个电化学过程。

由于碳钢组织表面的不均匀性，因此，当它浸入水中时，在其表面就会形成许多微小的腐蚀电池。

其腐蚀过程如下：在阳极：Fe—Fe2++ 2e在阴极：Q+ 2H2O+4c—40H在水中：Fe2+ + 2Q4 Fe（QH）2阳极区域Fe不断失去电子，变成离子进入溶液，也即铁不断被溶解腐蚀，留下的电子，通过金属本体移动到阴极渗碳体的表面，与水和溶解在水中的Q起反应生成QH离子。

在水中，阴、阳极反应生成的Fe2 +与QH相遇即生成不溶性的白色Fe(OH).沉淀，堆积在阴极部位。

铁的表面不再和水直接接触，这就抑制了阳极过程的进行。

但当水体中有溶解氧时，阴极部位的反应还要继续进行下去，因Fe(OH)2这种物质极易被氧化为Fe(OH)，即铁锈。

由于铁锈基本不溶于水，所以只要水中不断有Q溶入，这种腐蚀电池的共轭反应也就不断进行。

换言之，也就是碳钢的腐蚀会不断的进行下去。

上述腐蚀电池中，阳极氧化反应和阴极还原反应必须同时进行，如果其中一个反应被停止，则整个反应就会停止，故称之为共轭反应。

因此，如能设法控制住其阴极过程或阳极过程，则整个腐蚀过程也就会相应的得到控制。

反之，如果在阳极不断除去Fe"或在阴极表面不断充分供给Q,则共轭反应也就会加速进行，也即腐蚀过程变快。

因此，采取不同的方式控制其阴极或阳极过程，就是控制水系统腐蚀的各种方法的依据。

1.3极化和去极化作用金属腐蚀过程中，电流在阳极部位和阴极部位间流动，这说明阳极部位和阴极部位间有电位差。

由于腐蚀反应过程中生成的原子态氢和氢气覆盖在阴极表面，产生了与腐蚀电位相反的电压称之谓氢气的超高压，使电压差变小，阻止了电流的流动也就是阻止了腐蚀过程的进行。

这种由于反应生成物所引起的电位差变小称为极化。

氢气在腐蚀过程中起了极化作用，极化作用起了抑制腐蚀过程的作用。

当水中有溶解氧存在时，阴极反应按下式进行：2F2+O=2HO或Q+HO+2e=2O-H由于氧参加了反应，夺走了覆盖在阴极表面上的原子态氢和氢气，因而使氢气的极化作用遭到破坏。

排除极化的作用称为去极化，氧在腐蚀过程中起了去极化作用，去极化作用起了助长腐蚀过程的作用。

1.4电偶腐蚀很多生产装置是用不同的金属或合金制造而成，这些材料也是互相接触的。

由于不同金属间存在着电位差异，在水溶液(电介质)中形成电偶电池。

较活泼的金属电位较负是阳极，腐蚀速度要比未偶合时高；电位较正的金属是阴极受到保护，腐蚀速度下降或停止。

在系统中，常见的电偶腐蚀有铁和黄铜、铁和不锈钢、铝和钢、以及锌和黄铜等，不论是在哪种情况下，都是前一种金属遭受腐蚀。

1.5氧浓差腐蚀电池氧浓差腐蚀电池是金属在水中腐蚀时最普遍、危害最大，但又是最难防治的一种腐蚀电池。

氧浓差电池是介质浓度影响阴极反应而产生电位差。

最常见的氧浓差电池有两种类型，一种是在不同深度的水中由于溶解氧浓度不同造成氧浓度梯度而产生氧浓差电池，如水线腐蚀；另一种则是冷却水系统中最常见，也是危险最大的垢下腐蚀或叫做沉积物腐蚀。

在沉积物下面形成缝隙区，在这些缝隙区的溶液中，氧要得到补充是非常困难的；而缝隙外的金属表面上的溶液，氧的供应很充分，因而缝隙外是富氧区一一阴极，而缝隙区则是贫氧区一一阳极。

缝隙区形成的氧浓差电池造成的腐蚀部位在缝隙之内，或在沉积物下面。

1.6缝隙腐蚀所谓缝隙腐蚀是金属表面被覆盖部位在某些环境中产生局部腐蚀的一种型式。

大量热交换器的腐蚀穿孔，其中最主要的原因是垢下的腐蚀一一缝隙腐蚀的一种类型。

缝隙腐蚀的产生要有两个条件：一是要有危害性阴离子（如Cl-）存在；二是要有滞留的缝隙。

作为一个腐蚀部位，缝隙要宽到足够能使液体进入，但又要窄到能保持一个滞留区。

一般认为宽度在几千分之一英寸（0.025mm以下就会导致腐蚀，宽度在1/8英寸（0.3mm以上腐蚀很少产生。

1.7点蚀点蚀过去有称为坑蚀、孔蚀，但现成比较统一的叫点蚀。

点蚀是一种特殊的局部腐蚀，导致在金属上产生小孔若用P表示腐蚀孔的深度，d表示腐蚀孔的宽度，当P/d < 1时称为局部腐蚀；当P/d>1时称为点蚀。

产生点蚀的原因主要是水中离子或粘泥在金属表面产生沉积，这些沉积物覆盖在金属表面使水中溶解氧和缓蚀剂不能扩散到金属表面上，从而造成局部腐蚀。

水中Cl-对点蚀也有影响，点蚀经常发生在热交热器的高温区和流速缓慢发生沉积的部位，增加水的流速有利于氧的扩散，有利于钝化膜的修补，而且亦可带走小孔上的沉积物，有利于控制点蚀的发生。

点蚀是潜伏性和破坏性最大的一种腐蚀类型。

点蚀都是大阴极小阳极，有自催化特性。

小孔内腐蚀，使小孔周围受到阴极保护。

孔越小，阴、阳极面积比越大，穿孔越快。

点蚀发生有时往往是在材料的一侧开始，在另一侧扩大穿孔，使得检测很困难。

由于点蚀极强的破坏性，现在已愈来愈引起人们的重视。

1.8不锈钢的应力腐蚀开裂不锈钢的应力腐蚀开裂是指不锈钢在应力和腐蚀的共同作用下引起的开裂。

金属在制造过程中往往处于应力状态，因而会在垂直于应力的方向开裂。

高温、高氯化物浓度及其腐蚀条件的存在，都会促使应力腐蚀开裂。

因此，应力腐蚀开裂是电化学作用和机械作用的综合结果。

压应力不会导致开裂，相反有抑制的作用；张应力对开裂产生作用比较明显，像冷加工时的剩余应力、热应力、焊接应力、外加应力等都会产生张应力。

为防止不锈钢的应力腐蚀开裂，常用的防止方法是：①换热器在制造安装过程中应尽力避免应力集中现象。

②消除或减少设备上存在的残余应力。

③尽量将金属表面由受张应力变为受压应力。

④尽量控制水中有害离子浓度，对水中氯离子浓度要特别注意。

⑤控制操作温度，使水冷器壁温控制在安全温度内，这对降低不锈钢应力腐蚀也是很重要的。

1.9磨蚀和空化作用磨蚀是由于腐蚀流体和金属表面间的相对运动，引起金属的加速破坏或腐蚀，这类腐蚀常与金属表面上的湍流程度有关。

湍流使金属表面液体的搅动比层流时更为剧烈，使金属与介质的接触更为频繁，故通常叫做湍流腐蚀。

湍流腐蚀实际上是一种机械磨耗和腐蚀共同作用的结果。

磨蚀的外特征是槽、沟、波纹、圆孔和山谷形，还常常显示有方向性。

在工厂中，像泵的叶片、阀、弯管、肘管、透平叶片、喷嘴等流速变化较大的部位，易产生磨蚀。

空化作用又称空泡腐蚀，它是磨蚀的一种特殊形式，是由于金属表面附近的液体中有蒸汽泡的产生和破灭所引起的。

在高流速液体和压力变化的设备中易发生这类腐蚀，如水力透平机，船用螺旋桨、泵叶轮等。

空泡腐蚀的外表十分粗糙且蚀孔分布紧密，它是腐蚀和机械作用两者引起的。

对于防止腐蚀和空化作用一般都采用以下方法：用硅铁、硅铜较耐磨蚀的材料来代替一般材料。

当改变设计，使介质液流更合理以减轻这类腐蚀的破坏。

改变环境、降低温度，去除介质中悬浮粒子也是很有效的办法。

采用有弹性的较耐蚀的涂层。

除上述方法外，防止空泡腐蚀另有一些特殊办法，如：改变设计使流程中流体动压差减小；抛光泵叶轮和螺旋桨的表面以减小破坏。

1.10微生物腐蚀微生物腐蚀是一种特殊类型的腐蚀，它是由于微生物的直接或间接地参加了腐蚀过程所起的金属毁坏作用。

微生物腐蚀一般不单独存在，往往总是和电化学腐蚀同时发生的，两者很难截然分开。

引起腐蚀的微生物一般为细菌及真菌，但也有藻类及原生动物等，在大多数场合下都可看作是各种细菌共同作用而造成危害的。

微生物影响腐蚀主要是通过使电极电位和浓差电池发生变化而间接参与腐蚀作用这条途径，其方式大体分以下几类：1.10.1由于细菌繁殖所形成的粘泥沉积在金属表面，破坏了保护膜，构成局部电池；1.10.2由细菌代谢作用引起氧和其它化合物的消耗，形成通气差电池和浓差电池，在局部电池中发生去极化作用；1.10.3由细菌代谢产物的作用引起的；a、影响pH值或酸度；b、影响氧化还原电位；c、使环境的化学状况发生变化(包括氨、硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、硫化物等其他离子，在应中起催化作用)；d、生成或消耗氧而影响氧的浓度。

微生物腐蚀是一种局部腐蚀，而且几乎都有点蚀的迹象，其危害是极其严重的。

据报道，国内某厂投产仅数月，由于微生物腐蚀使数台换热器因点蚀泄漏而不得不停产检修。

1.11有铜和铜合金设备的冷却水系统中要考虑加铜缓蚀药剂铜是贵金属，在腐蚀过程中通常不析氢。

因此，除非有氧或其他氧化剂如硝酸存在，否则它不受酸的腐蚀。

铜和铜合金的阴极反应主要是氧还原为氢氧根离子。

铜基合金耐中性和弱碱性溶液腐蚀，但含氨溶液例外。

氨对铜合金的腐蚀是由于铜、氧和氨反应会形成可溶性铜氨络合物所致，反应如下：2+ -2H2O+2Cu++8NH=2Cu(NH)4 +2OH由于铜和铜合金有高电导率和热导率、良好的耐蚀性、成形性能、机械加工性能，所以常常应用于冷却水系统换热设备中。

在有铜和铜合金设备的冷却水系统中，应该注意其腐蚀问题，尤其是合成氨工厂冷却水系统中常常有氨。

此外，聚丙烯酸盐对铜合金也有侵蚀作用。

为了防止这种侵蚀作用，在配方中常加入苯骈三氮唑唑、甲苯三唑或2-巯基苯骈噻唑，这几种药剂除了保护铜设备以外，也相应地保护了碳钢设备。

因为一旦铜设备没有得到保护而遭受腐蚀，水中的铜离子会在碳钢表面沉积，造成碳钢的缝隙腐蚀和点蚀。