电厂循环水系统不锈钢腐蚀研究

宁秀梅，杨 蕾，王慈慈，余 俊，汪 青

(安徽省蓝天能源环保科技有限公司，安徽 合肥 230000)

电厂循环水系统不锈钢腐蚀研究

宁秀梅，杨 蕾，王慈慈，余 俊，汪 青

(安徽省蓝天能源环保科技有限公司，安徽 合肥 230000)

公司生产用水来源于地表水，水质不稳定，受季节变换影响较大，水中盐含量和硬度都较高,补水中氯离子浓度不稳定，这与该公司生产用水经过氯碱生产车间和动力车间循环处理再利用有关。通过旋转挂片实验和动电位扫描法验证了公司补水的腐蚀趋势显著。据现场调查也发现，该公司不锈钢材质的管道存在腐蚀问题。

电厂 不锈钢 腐蚀 水处理

1 概 况

不锈钢材质由于其具有良好的耐腐蚀性能和抗氧化性能，被广泛用于现代工业的各个领域，特别是在化工行业的冷却水系统及热交换系统中，不锈钢材质的换热器被大量使用[1]。但人们经过长期的使用发现，虽然不锈钢耐均匀腐蚀性能较好，但容易发生局部腐蚀[2]，例如点蚀、应力腐蚀和缝隙腐蚀等。点蚀亦称孔蚀，是不锈钢失效的主要形式之一，具有口小孔深的特点，孔口又常常被腐蚀产物覆盖，使其隐蔽不易被发现，严重时能导致设备穿孔[3]。在含氯离子的介质中，不锈钢非常容易发生点蚀，若持续性的发展，会导致腐蚀穿孔，造成设备过早失效，导致经济损失的发生，甚至会引起危害性更大的设备事故。所以，针对不锈钢点蚀现象的研究一直是备受关注的研究热点。目前研究不锈钢点蚀现象的方法[4]主要有：电化学噪声法[5]、电化学阻抗谱法、声发射监测法、扫描电化学显微镜(SECM)技术法[6]、动电位扫描法和电子散斑干涉技术法。动电位扫描法由于其具有灵敏度高、反应速度快、设备简单等特点被广泛使用。现阶段降低不锈钢腐蚀率的方法主要是改变不锈钢材质和接触介质，而接触介质一般采用投加缓蚀药剂的方法。

安徽省蓝天能源环保科技有限公司与合肥工业大学先进能源研究院联合研制出了高分子量水解聚马来酸酐产品，平均分子量达5 500以上，高于GB 10535国家标准优等品水平，与具有缓蚀性能的药剂复配，大大增强缓蚀分散效果。因此，安徽省蓝天能源环保科技有限公司的技术人员采用复配的具有高效、无磷和无毒等特点的环保型分散缓蚀剂作为添加药剂，华塑电厂补水作为接触介质，利用旋转挂片实验筛选出适合的药剂浓度。再利用动电位扫描法，检测出添加药剂对304不锈钢的自腐蚀电位和点蚀电位产生的影响。

2 华塑电厂水质分析及现场管道挂片

2.1 水质情况及部分离子趋势图

安徽蓝天能源环保科技有限公司在2015年1到6月对华塑电厂水样进行了定期的水质分析，并对部分离子的变化趋势进行了分析。表1是华塑电厂2015年1到6月水质分析后各离子的平均值，表2是华塑电厂2015年1到6月的水质分析情况。

表1 水质分析结果

表2 水质分析情况(2015)

图1、图2分别为2015年1至6月份华塑电厂循环水、补水中氯离子和pH值变化趋势图。

图1 水质氯离子变化趋势

图2 水质pH值变化趋势

由氯离子的变化趋势图，我们可以发现在2015年1—6月期间其质量浓度变化幅度较大，补充水最高值可达到200 μg/g,循环水更是达450 μg/g。根据Ryznar(雷兹纳)稳定指数为2 pHs-pH代入补充水的平均pH值得：稳定指数为2×7.4-7.79=7.01。得出华塑补水的腐蚀趋势为腐蚀显著。

2.2 现场不锈钢挂片试验

试验进行了7 d的现场挂片(不锈钢Ⅰ型)，现场挂片试验数据为：试片挂片前质量m为20.517 9 g，试片挂片后质量m0为20.515 2 g，试片表面积A为28 cm2，试片的密度D为7.92 g/cm3，试片试验时间T为168 h。根据公式(1)计算得挂片腐蚀率为0.006 3 mm/a，超过了国家标准(GB 50050—2007，不锈钢腐蚀率≤0.005 mm/a)。图3为华塑电厂旋转挂片和不锈钢管道照片，从图3和现场挂片试验结果可以看出华塑电厂不锈钢挂片表面有腐蚀情况发生，管道已经发生明显的腐蚀现象。

(1)

式中：b——腐蚀率，mm/a；

m——挂片前质量，g；

m0——挂片后质量，g；

A——表面积，cm2；

D——密度，g/cm3；

T——试验时间，h。

图3 旋转挂片和不锈钢管道照片

3 药剂筛选

针对华塑电厂存在的不锈钢管道腐蚀问题，利用高分子量聚马来酸酐与缓蚀剂相复配，该药剂同时具有分散性能，且对高氯水质有明显的缓蚀效果。

3.1 缓蚀性能测定

采用旋转挂片失重法(GB/T 18175—2000)进行缓蚀性能测定。

(1)仪器

ZJ型浸渍腐蚀试验仪。

(2)试片

符合HG/T 3523的规定。

(3)试验条件

试液温度：(45±1) ℃；试片线速度：0.30～0.40 m/s。试液体积与试片面积比：20～40。

试杯：2 000 mL烧杯，符合HG/T 15724.1的规定。各试杯应连续通气，通气量为100～200 mL/min。试片上端与试液面的距离应大于2 cm。试片下端与出气点的距离应大于3 cm，气流不得直接冲击试片。

平行实验：每个条件做两组平行实验。

试验用水：华塑公司补充水浓缩4.5倍；分别加入复配缓蚀剂(0,5,10,15 mg/L)。

试验时间：72 h。

3.2 实验结果与结论

表3为从(不锈钢I型)旋转挂片失重法缓蚀实验结果，由此可以看出，在添加复配缓蚀剂的浓度为15 μg/g，挂片实验结果效果优于国家标准要求。

表3 旋转挂片实验结果

4 不锈钢点蚀实验

4.1 实验材料、介质及步骤

4.1.1 实验材料

选用的304不锈钢主要化学成分(以质量分数计)为：C≤0.08%；Si，0.62%；P，0.01%；S，0.02%；Cr，18.69%；Ni，8.59%；Fe，余量。实验采用CS660电化学测试系统，辅助电极为钛片电极，参比电极为饱和银-氯化银电极。

4.1.2 实验介质

用华塑补水添加少量NaCl，配制Cl-质量浓度为70.37 mg/L和144.87 mg/L的水溶液；用循环水添加少量NaCl，配制Cl-质量浓度分别为280.08,487.04,667.78,860.94,1 056.86 mg/L的水溶液。添加药剂为安徽省蓝天能源环保科技有限公司高分子量聚马来酸酐的复配缓蚀剂。

4.1.3 实验步骤

工作电极用砂纸打磨成光滑镜面，经无水乙醇和去离子水冲洗干净后备用。用环氧树脂封装非工作表面，使其工作电极A=1 cm2，背面锡焊上铜导线。参照GT/B 17899—1999《不锈钢点蚀电位测量方法》，采用三电极系统，动电位扫描在开路电位下静置15 min后进行。扫描速率为0.5 mV/s。

4.2 实验结果

304不锈钢在不同质量浓度Cl-溶液中的点蚀电位见图4。

图4 Cl-质量浓度对点蚀电位的影响

由于点蚀电位越高，表征材料的耐点蚀性能越好。由图4可见，点蚀电位值随Cl-质量浓度的升高而负移，说明Cl-质量浓度越高，304不锈钢的点蚀敏感性越大，且在Cl-质量浓度小于487.04 mg/L时点蚀电位值随Cl-质量浓度的减小迅速增大，说明304不锈钢点蚀敏感性迅速减小，即认为487.04 mg/L为发生腐蚀的Cl-质量浓度突变点。

为了研究水处理剂的添加对不锈钢在环境介质中的点蚀敏感性的影响，测定了304不锈钢在添加和不添加水处理剂的含不同Cl-质量浓度的循环冷却水溶液中的阳极极化曲线。由阳极极化曲线确定不锈钢试样的点蚀电位Eb，用水处理剂对不锈钢点蚀电位的影响来表征其缓蚀效果。点蚀电位正移越多则缓蚀效果越好。在Cl-质量浓度分别为70.37,144.87,280.08,487.04,667.78,860.94,1 056.86 mg/L的水溶液中，添加复配的缓蚀剂。利用动电位扫描法分别扫描出Cl-质量浓度为144.87 mg/L时添加和未添加水处理剂的循环水溶液中的阳极极化曲线，如图5和图6所示。

图5 未添加药剂的动电位极化曲线

在图5和图6中，纵坐标最低点对应的横坐标中的电位值即为点蚀电位值Eb。比较图5和图6可以看出，添加药剂后循环冷却水中的Eb值较不添加的正移。

304不锈钢在添加和不添加水处理剂的循环水溶液中的点蚀电位Eb随Cl-质量浓度的变化规律曲线如图7所示。

图6 添加药剂的动电位极化曲线

图7 加药前后点蚀电位的对比

如图7所示，相同Cl-质量浓度下，304不锈钢在添加70 mg/L水处理剂的循环冷却水中Eb值都比不添加的Eb值大，说明添加药剂可有效提高不锈钢的耐点蚀性能；而且在Cl-质量浓度较低时，添加药剂与未添加药剂的Eb差值比当Cl-质量浓度较高时的Eb差值更大，说明在Cl-质量浓度小于487.04 mg/L时添加药剂更能提高不锈钢的耐点蚀性能。

5 结 论

针对华塑电厂不锈钢腐蚀问题，安徽省蓝天能源环保科技有限公司技术人员对其补水和循环水的水质进行跟踪调查，发现其氯离子质量浓度不稳定且相对较高，而不锈钢的腐蚀以点蚀为主，高质量浓度的氯离子是不锈钢发生点蚀的主要原因。所以用旋转挂片实验筛选出适合质量浓度的复配缓蚀剂，为了进一步验证药剂的缓蚀作用，进行了不锈钢的点蚀实验。结果证明华塑电厂的水质腐蚀趋势显著，同时验证了安徽省蓝天能源环保科技有限公司的药剂具有良好的缓蚀效果。

[1] 董绍平.循环水不锈钢换热器抗氯离子应力腐蚀研究[J].石油化工腐蚀与防护,2012,29(1):36-39.

[2] 鲍其鼐.氯离子与冷却水系统中不锈钢的腐蚀[J].工业水处理,2007,27(9):1-6.

[3] 程海东.304不锈钢在含Cl-模拟循环冷却水中点蚀和应力腐蚀敏感性的研究[D].北京:北京化工大学,2008.

[4] 叶超,杜楠,赵晴,等.不锈钢点蚀行为及研究方法的进展[J].腐蚀与防护,2014,35(3):271-276.

[5] 曹楚南,常晓元.孔蚀过程中的电化学噪声特征[J].中国腐蚀与防护学报.1989,9(1):21-28.

[6] K Habib,Sabti F.Monitoring and measuring electrochemical behavior of engineering alloys by optical interferometry [J].Desalination,2002,142(1):1-13.

(编辑 王菁辉)

Study on Corrosion of Stainless Steel in Circulating Water System of Power Plant

NingXiumei,YangLei,WangCici,YuJun,WangQing

(BlueSkyEnergyEnvironmentalScienceandTechnologyCo.,Ltd.,Hefei230000,China)

Industrial water adopted by company comes from surface water, which has the characteristics of unstable water quality, easily affected by seasonal variation, high salinity and hardness in water, and unstable chloride concentration in water. All of these aspects mentioned might associated with 2 factors, the first one is the industrial water has to go through the chlor-alkali production workshop, the other is recycling of power plant. It is proved that the water corrosion tendency is obvious by carrying out the rotary hanging-piece test and potential sweep method. According to the site survey, it has been found that the company’s stainless steel pipe facing corrosion problem.

power plant, stainless steel, corrosion, water treatment

2016-07-28；修改稿收到日期：2017-01-20。

宁秀梅(1982-)，工程师,硕士。E-mail:396070843@qq.com