中水对304不锈钢腐蚀的影响分析

宋晓芳

(华北电力大学，河北 保定 071003)

中水主要是指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水质标准可在一定范围内重复使用的非饮用水，其水质介于上水和下水之间[1]。中水回用和综合利用是解决我国水资源短缺的重要途径。火电厂是工业用水大户，其中循环冷却水量所占比重最大，几乎占全厂总用水量的50%～70%。所以面对我国水资源严重短缺的现状，国内逐渐开展了城市污水经二级处理后回用于火电厂作循环冷却水的研究与应用[2-4]。与天然水做循环冷却水相比较，中水中的氨氮、无机盐、表面活性剂等含量较高，它们会引发循环冷却水系统的腐蚀、结垢等问题，以下主要研究中水用作循环冷却水时，循环冷却水浓缩倍率、pH值、氨氮、Cl-等因素对304不锈钢材料的腐蚀影响。

1 试验设备

1.1 试验水质

由于不同中水的实际成分相差较大，而且对各种成分含量测定工作量大，不同浓度离子对腐蚀的影响程度各不相同，给研究各种因素对304不锈钢腐蚀的影响造成困难，为避免干扰，该试验采用的试验水质是模拟城市中水水质。模拟中水是由氯化钠、硫酸钠、氯化铵和阴离子表面活性剂配成的一系列浓缩倍率的溶液，并对溶液pH值进行调节。

1.2 试验材料

试验材料为304不锈钢。不锈钢试样制成10 mm×10 mm×10 mm的正方体，在工作面背面焊上导线，用环氧树脂封装非工作面，每次试验前将试样工作面用200-800号水砂纸逐级打磨，然后进行去离子水冲洗，再用无水乙醇丙酮脱脂，最后用吹风机吹干。

1.3 试验仪器及试验方法

试验采用PHS-25型恒电位/恒电流仪测定极化曲线。试验时以饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为辅助电极，不锈钢试样为工作电极。将不锈钢试样浸于试样用水中，稳定到腐蚀电位后，用恒电流法测定阴阳极极化曲线，采用塔菲尔直线外推法确定腐蚀电流密度J，用腐蚀电流密度表征腐蚀速度。

2 试验数据分析

2.1 浓缩倍率对304不锈钢腐蚀的影响

304不锈钢在pH=8.46，模拟中水浓缩倍率n分别为1、3、4时,溶液中的极化曲线见图1。304不锈钢在pH=8.46时，模拟中水浓缩倍率分别为1、3、4时溶液中自腐蚀电位Ecorr和腐蚀电流密度Jcorr见表1。

表1 pH=8.46时不同浓缩倍率下的Jcorr和Ecorr

浓缩倍率Jcorr/(mA·cm-2)Ecorr/V10.460-0.50130.770-0.62441.013-0.667

综合图1和表1可以看出，随着模拟中水浓缩倍率的增加，溶液的自腐蚀电位显著下降，从-0.501 V下降至-0.667 V，腐蚀电流密度呈明显增加趋势。说明浓缩倍率的增加对不锈钢耐蚀性有很大影响，这主要是由于浓缩倍率的增加很大程度上增加了侵蚀性离子(如氯离子、硫酸根离子等)的影响，造成不锈钢不易成膜。从图中还可以看出，浓缩倍率的增加对不锈钢阳极和阴极极化曲线都有一定影响，主要是由于中水水质复杂等多种因素综合影响造成的。

2.2 pH值对304不锈钢腐蚀的影响

304不锈钢在浓缩倍率为3时，不同pH值的模拟中水溶液中的极化曲线见图2。304不锈钢在浓缩倍率为3时，不同pH值的模拟中水溶液中的腐蚀电流密度Jcorr和自腐蚀电位Ecorr见表2。

图2 浓缩倍率为3时不同pH值下的极化曲线

表2 浓缩倍率为3时不同pH值下的Jcorr和Ecorr

pH值Jcorr/(mA·cm-2)Ecorr/V7.550.982-0.6518.460.770-0.6249.091.180-0.6739.541.026-0.643

从图2可以看出，随着溶液pH值的变化，不锈钢的极化曲线变化不大。结合表2可以看出，随着pH值的增加，自腐蚀电位和腐蚀电流密度没有统一的变化趋势，呈上下波动，而且变化较小。pH值从7.55～9.54腐蚀电流密度变化范围为0.77～1.18 mA/cm2，自腐蚀电位变化范围为-0.673～-0.624 V。这说明pH值在该范围内变化，对腐蚀的影响较小。

2.3 Cl-对304不锈钢腐蚀的影响

304不锈钢在不同Cl-质量浓度下的模拟中水溶液中的极化曲线见图3。304不锈钢在不同Cl-质量浓度下的模拟中水溶液中的腐蚀电流密度Jcorr和自腐蚀电位Ecorr见表3。

图3 不同Cl-质量浓度下的极化曲线

表3 不同CL-质量浓度下的Jcorr和Ecorr

Cl-/(mg·L-1)Jcorr/(mA·cm-2)Ecorr/V0.4260.773-0.5360.7812.030-0.6031.1362.252-0.6151.4912.469-0.623

从图3可以看出，阴极和阳极的极化曲线有明显的Tafel区域。随着Cl-质量浓度的增大，阳极电流变大，腐蚀电流密度也呈增大趋势，说明腐蚀程度加剧，且以阳极腐蚀为主，这反映出氯离子的存在会促进电极阳极反应，且质量浓度越高这种促进作用越明显。结合表3，随着Cl-质量浓度的增加，自腐蚀电位从-0.536 V降低到-0.623 V，腐蚀电流密度从0.773 mA/cm2剧增到2.469 mA/cm2，腐蚀速度有很大的提高。

2.4 氨氮对304不锈钢腐蚀的影响

304不锈钢在不同氨氮质量浓度的模拟中水溶液中的极化曲线见图4。304不锈钢在不同氨氮质量浓度的模拟中水溶液中的腐蚀电流密度Jcorr和自腐蚀电位Ecorr见表4。

从图4中可以看出随氨氮质量浓度的变化，304不锈钢的阳极极化曲线变化不明显，说明在该氨氮质量浓度范围内，氨氮对304不锈钢腐蚀影响较小。从表4可以看出，随着氨氮质量浓度的增加，腐蚀电流密度呈增加趋势，腐蚀电位随其增大而降低，说明其一定程度上加速了不锈钢的腐蚀。

图4 不同氨氮质量浓度下的极化曲线

表4 不同氨氮质量浓度下的Jcorr和Ecorr

氨氮/(mg·L-1)Jcorr/(mA·cm-2)Ecorr/V250.773-0.536501.052-0.545751.080-0.5621001.102-0.566

3 结束语

试验结果表明，浓缩倍率、Cl-质量浓度、氨氮浓度的增加，均能影响304不锈钢的腐蚀速度。其

中氨氮浓度的促进作用不明显，而浓缩倍率以及Cl-质量浓度的增加可以显著加快304不锈钢的腐蚀速度。溶液pH值在7.55～9.54范围内变化时，对304不锈钢腐蚀的影响较小，而且没有明显的变化规律。该试验研究为采用中水回用电厂的循环冷却水系统选材和控制参数提供了参考和借鉴,采用304不锈钢循环冷却水系统的电厂将pH值控制在7.55～9.54时腐蚀影响较小,浓缩倍率、Cl-质量浓度、氨氮质量浓度的控制参数则要根据各厂的实际情况来确定。

参考文献：

[1] 韩剑宏. 中水回用技术及工程实例[M]. 北京:化学工业出版社,2004:4-5.

[2] 赵 毅,王晓攀,付 东.中水用于电厂循环冷却水补充水的可行性分析[J].华北电力大学学报,2005,32(3): 89-94.

[3] 张 顒，侯 盾,李雨松，等.污水回用于循环冷却水系统腐蚀影响因素的研究[J].工业水处理,2001,21(3): 1-3.

[4] 葛春鹏,李少春.利用城市污水作电站循环补充水的处理工艺试验研究[J].西北电力技术,2001,29(3): 4-8.