二氧化氯发生器水套防腐的应用浅析

高建宏+孙弘+董燕

摘 要：本文介绍了二氧化氯发生器水套在使用过程中受到电化学腐蚀的机理，并从理论上找出解决此问题的有效措施。通过研究不同条件下水套腐蚀的情况，测试其影响因素，评估有效措施的使用效果和防腐区域，从而提供相关的技术依据，以达到延长水套使用寿命的目的。

关键词：防腐；水套；二氧化氯发生器；腐蚀

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.006

1 引言

化学法二氧化氯发生器需要外部提供反应所需的热量，目前较为广泛的方式是水套加热。由碳钢焊制而成的水套防腐蚀性能较差，水的蒸发量随着水温的升高而增加，这会使水套加快补水的频率，导致水中的氯离子及次氯酸根离子浓度会不断地积累增多，进而引起点蚀，另外由于碳钢本身会形成原电池，一旦点蚀产生，腐蚀速率会不断加速，再厚的钢板也会被腐蚀穿透，最终导致水套漏水设备报废。本文通过静态挂片研究不同条件下二氧化氯设备水套的腐蚀情况，并对腐蚀程度进行了比较，为后续的防腐措施提供理论基础。

2 二氧化氯发生器水套腐蚀机理

二氧化氯发生器水套腐蚀的成因主要是电化学腐蚀。该设备水套内加热介质通常采用自来水，自来水中均含有多种正负离子，如Ca2+，Mg2+，Cl-，ClO-等，这些离子的运动可使自来水导电，也就是说自来水可以被认为是电解质溶液。碳钢在炼制过程中不可避免地会混入许多其他元素，如C、P、Mn、Si等。当这些杂质与钢铁一起处于电解质溶液中时，由于其电位较高从而形成了原电池，低电位的铁通常作为阳极发生氧化反应：Fe→Fe2++2e-，阴极由溶于自来水中的氧气发生还原反应：O2+2H2O+4e-→4OH-，溶于水中的铁离子与氢氧根离子生成氢氧化铁（水锈），这就是水套的电化学腐蚀机理。在水套中没有浸没在水中或干湿交替的部位，由于加热温度的影响，会有大量水汽附着在其表面，从而形成一层导电水膜，也会发生电化学腐蚀。

3 二氧化氯发生器水套加装镁棒防腐机理

镁棒防腐的原理是阴极保护：将电位更低的活泼金属（Mg）与被保护的水套（Fe）底部连接，并处于同一电解质（自来水）中，原来由水套（Fe）发生的阳极反应被活泼金属（Mg）代替：Mg→Mg2++2e-，溶解氧发生阴极反应：O2+2H2O+4e-→4OH-。镁棒成为牺牲阳极，充当了水套的“挡箭牌”，代替它被腐蚀消耗掉，从而保护了水套。

4 试验方法

制作碳钢水套三只，每只水套内壁分别在“液上”、“漂浮”、“液下”这三处位置安装挂片悬臂。按照设备实际情况配备加热管及温控系统，一号水套不加装镁棒及水位电极，二号水套内只加装镁棒，三号水套内加装镁棒及水位电极。

从水套加工的原材料上切取、经适当的机械加工制成50mm×25mm×4mm矩形挂片，上下各开一直径为8.5mm的圆孔，共计27枚。依次经过180#、240#、600#砂纸打磨至表面洁净无杂质后，用无水酒精擦洗、冷风机吹干、滤纸包好并编号，然后置于干燥器中24小时，依次取出挂片并用高精度电子天平秤重（记为m0）。将称好的挂片依次挂入预置的三只水套内的不同位置悬臂上，同一位置悬挂3枚挂片。加入自来水液位至“漂浮”处为止，水套自来水加热至二氧化氯设备实际运行温度（90℃），维持恒定。

挂片在腐蚀164天后取出，用毛刷去除表面疏松的腐蚀产物并用水冲洗，然后用1：1的盐酸+0.5%乌洛托品溶液擦洗至腐蚀产物彻底去除，再用蒸馏水、无水酒精擦洗、冷风机吹干、干燥24小时后依次称重（记为m1）。

腐蚀速率计算公式如下：

υ=（m0-m1）/ρSt

式中 υ——挂片的腐蚀速率，mm/a；

m0——腐蚀前挂片的质量，g；

m1——腐蚀后挂片的质量，g；

ρ——碳钢的密度，Kg/m3，取7800 Kg/m3；

S——挂片的表面积，m2；

t——挂片的腐蚀时间，a。

5 测试结果及分析

5.1 一号水套腐蚀速率数据及数据对比图

由以上数据及数据对比图可知：

碳钢水套在没有加装镁棒及水位电极的情况下，腐蚀速率均0.095mm/a。该水套在与水接触的不同位置，其腐蚀速率为液下>漂浮>液上，说明腐蚀速率跟电解质（自来水）的接触面有关，接触越多其腐蚀速率越快。

5.2 二号水套腐蚀速率数据及数据对比图

由以上数据及数据对比图可知：

碳钢水套在加装镁棒的情况下，腐蚀速率均0.036mm/a。该水套在与水接触的不同位置，其腐蚀速率为液上>漂浮>液下，可见越靠近镁棒的区域（镁棒加装在设备底部）其腐蚀速率越慢，耐腐性越好。加装镁棒后与水接触面多少的影响可以忽略。

5.3 三号水套腐蚀速率数据及数据对比图

由以上数据及数据对比图可知：

碳钢水套在加装镁棒及水位电极的情况下，腐蚀速率均0.070mm/a。该水套与水接触的不同位置，其腐蚀速率分布情况相对比较均匀。

5.4 三组水套腐蚀速率对比图

由以上数据对比图可知：

一号水套腐蚀速率均值为0.095mm/a，二号水套腐蚀速率均值为0.036mm/a，三号水套腐蚀速率均值为0.070mm/a，前两组腐蚀速率对比下降了62%；后两组腐蚀速率对比，后者比前者增加了94%；第一组和第三组腐蚀速率对比下降了26%。由上述分析可知加装镁棒可以显著提高碳钢水套的耐腐性，而加装水位电极则会增加额外的腐蚀，当同时加装镁棒及水位电极时，腐蚀速率仍会下降。

6 结论

（1）通过试验证明，加装镁棒可以显著提高水套的耐腐性；加装水位电极会加快水套腐蚀；当镁棒与水位电极同时加装时，整体腐蚀速率仍会下降，但是防腐效果不是很明显；越靠近镁棒的区域其腐蚀速率越慢，耐腐性越好。

（2）通过上述结论，我们可知二氧化氯发生器水套采用镁棒防腐的措施是可行的；镁棒安装的最佳区域是在水套底部易漏处；水位电极去掉，更换其他不影响水套耐腐性的同功能产品。

参考文献：

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作者簡介：高建宏（1986-），男，山东济南人，学士，助理工程师，主要从事给水排水技术研究及环保设备研发工作。