直冷式海水冷却系统腐蚀问题的探讨

【摘要】我国是一个淡水资源极为匮乏的国家，正常年份缺水量近400亿m3，很大程度上制约了我国经济的快速发展。鼓励和推进沿海城市利用海水作为工业用水对节约淡水资源，促进当地经济发展具有重要意义。本文旨在对我国利用海水作为直冷式工业冷却水系统水源存在的腐蚀问题进行分析研究，并针对问题提出相应的防腐措施。

【关键词】直冷式；海水；工业冷却水系统；腐蚀；防腐措施

1、海水作为工业冷却水的意义

随着我国国民经济的快速发展，我国的各大城市不同程度的发生缺水问题。在全国660多个城市中，有400多个城市缺水，108个为严重缺水城市。在城市用水中70～80%为工业用水，而工业用水中70～80%为工业冷却用水。沿海城市采用海水作为工业冷却用水可以替代大量的陆地淡水资源。自20世纪70年代，美国、日本等国家已开始大规模应用海水作为工业冷却用水，其中美国约为1000亿m3/a，日本约3000亿m3/a，而我国在此方面相差巨大。加速海水作为工业冷却水的利用率对于提高沿海城市经济发展速度，节约陆地淡水资源具有重要意义。

2、直冷式海水冷却系统的定义

直冷式海水冷却系统是以海水作为冷却介质，通过海水泵抽吸加压后送入工业换热设备进行一次性换热，换热后的海水直接排海。其系统流程示例如下。

3、直冷式海水冷却系统常见腐蚀问题及防腐措施

海水是一种含有生物、悬浮物、泥沙、溶解气体和腐烂有机物等多种盐类相互平衡的复杂溶液。工业使用中不可避免会对冷却换热设备、管道系统产生腐蚀。为了防止其对冷却系统的腐蚀，并尽可能充分的利用海水资源，我们必须对海水的腐蚀问题深入研究找出有效处理的方法。

3.1 腐蚀原理的探讨

从腐蚀原理方面展开讨论，我们将在直冷式海水冷却系统的腐蚀分为电偶腐蚀、冲击腐蚀、海生物腐蚀。

电偶腐蚀是指金属或合金接触到电解质溶液发生原电池反应，比较活泼的金属被氧化而有电流伴生的腐蚀。电偶腐蚀的程度取决于两种金属在海水中电位序的相对位置，同时我们发现同种金属材质的设备在海水作用下也会产生电偶腐蚀，这是由于金属设备材质的不均匀和破损构成的微小阴阳极反应造成的。

对于电偶腐蚀我们应该在设计阶段就规定所有组件尽可能的使用同一种合金材料，如果存在必须混用金属材料的部分，一定要对不同金属材料的材质性能、腐蚀电位差有所了解，尽量采用电位差小的合金。同时明确设备质量技术要求，建立健全的设备验收、监管体系。

冲击腐蚀是由金属对海水流速的敏感性造成的。当海水流速超过某一临界值时，冲击腐蚀的情况会加速形成。这种腐蚀情况多发生在海水取水阶段，受海水取水口深度、海水流速、潮汐的影响。在海水取水送入蓄水池阶段采用非金属材料的海水输送管道可以有效的避免冲击腐蚀的产生，同时采用海水深层取水技术也可避免表层海水对管道的冲击。

海生物腐蚀包括微生物类腐蚀和大生物类腐蚀。在直冷式海水冷却系统中，微生物硫酸盐类还原菌常常带入其他的细菌和藻类，它们可以在无游离氧的环境中繁殖，将水溶性硫化物转化为硫化氢，造成酸性环境，进而形成腐蚀；大生物是大海中存在的无脊椎动物的幼虫，如贻贝、藤壶、蛤蚌等，它们穿过格栅和滤网进入冷却水系统中，并在低流速部位或涡流处逐渐长大，最后造成系统的局部堵塞。

在应对海生物腐蚀方面我们建议直接采用电解海水制次氯酸钠的方法进行处理。相比于加氯法、加次氯酸钠法而言，电解海水制次氯酸钠方法虽然一次性投入高，但投入运行后的抗海生物腐蚀效果远远强于前两种方法，且投入运行后的运行费用较低，是加氯法运行费用的50%左右，是加次氯酸钠法运行费用的30%左右，在同类型对比中电解海水制次氯酸方法基本上运行4-5年即可收回投资。

电解海水制次氯酸钠方法是将海水中的氯化钠，通过电解变为次氯酸钠进入直冷式海水冷却系统加药点，次氯酸钠再分解为氯化钠和游离态的氧进入海水。整个过程可以说是取之于海水用之于海水，不产生新的污染，不对海洋原有生态系统造成破坏。该方法对人员的操作没有危险和伤害性，不会产生氯气等有毒有害气体。次氯酸钠的产量只需要通过调节电流大小即可改变，不存在人工或机械搬运的问题，自动化程度高，操作管理都很方便。

3.2 常見设备材料的腐蚀及防腐措施

从直冷式海水冷却系统设备的防腐而言，我们将其分为碳钢材质设备的防腐与不锈钢材质设备的防腐。其他材质设备由于在整个直冷式海水冷却系统中所占用比例较小，这里不再单独列出讨论。碳钢材质的设备主要有海水输送管道、各类阀门、过滤器外部、工业换热装置内部等；不锈钢材质的设备主要是格栅、旋转滤网等。

直冷式海水冷却系统碳钢材质设备防腐技术基本经历了四个阶段。第一阶段是采用乙烯树脂涂料与粘贴玻璃鳞片的方法防腐，在使用一段时间后出现了鳞片脱落、涂料脱落、设备壳体腐蚀、连接部分穿孔等情况；第二阶段是采用环氧树脂喷涂进行防腐，存在涂料脱落、壳体腐蚀、连接部分穿孔等问题，还出现了设备内部管道轻度腐蚀的现象；第三阶段是采用环氧树脂加阴极保护的方法，基本消除了设备内部管道轻度腐蚀现象，但涂料脱落和老化现象十分严重；第四阶段采用了设备整体衬胶工艺，使得设备内部腐蚀情况大幅减少，由于工艺系统的改变不再使用涂料喷涂，因此也不再存在涂料脱落问题，设备整体衬胶后局部穿孔的问题基本消除。在碳钢材质的海水防腐方面采用整体衬胶工艺已是成熟可行的技术。

不锈钢材质设备的防腐主要是采用阴极保护，同时更换耐蚀性更好的高标号不锈钢材料来控制腐蚀。不锈钢材质的设备主要是格栅和滤网，该类设备最容易产生表面点蚀与缝隙腐蚀。近年来的研究发现由于不锈钢材质的特殊性，在海水浸泡运行中往往处于高负电位运行状态，通过在不锈钢杆件、板框周围加装牺牲阳极材料，如铝-锌-铟合金材料后，不锈钢材质设备的腐蚀情况基本上得到了控制。

4、结语

近年来在海水冷却系统方面新的设备、材料承接不穷，各类生产企业也针对海水的特性研发出了不同材质的设备，或是在原有材质的基础上进行防腐处理。如采用钢丝网骨架聚乙烯复合管道，或是在碳钢管道表面喷涂环氧粉末，缠绕聚乙烯防腐层，这些有益的尝试都推动了海水综合利用方面的发展。

针对直冷式海水冷却系统防腐问题的日益严重，我们希望通过汇总各方面的经验与尝试为大家提供一个有效的解决办法。除了上述技术层面的建议外，在管理方面我们提出以下两点期望。

（1）建立设备全周期的防腐管理，在设计阶段全面考虑设备和管道的材质，防止出现不同金属间的高电位差；在制造阶段全面监造，防止局部瑕疵的出现；在安装调试阶段严格执行施工规程，实测现场数据综合管理。

（2）对已投入运行的直冷式海水冷却系统应建立 “预防性防腐蚀维修管理办法”，根据工艺系统流程，各类设备历史性腐蚀情况记录，建立有计划的预防性维修检视。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准.GB50050-2007 工业循环冷却水处理设计规范. 2007.

[2]侯纯扬. 海水冷却技术[J].海洋技术，2002（4）.

[3]邓舜扬. 海洋防污与防护技术 [M]. 北京 ： 海洋出版社 ，1987.

[4]侯保荣. 腐蚀研究与防护技术 [M]. 北京 ： 海洋出版社 ，1988.

作者简介：哈亮，男，1982年1月生，2005年毕业于太原理工大学给水排水专业（学士），工程师