电位—pH图在锅炉水化学工况教学中的体会

周琼花+匡尹杰

摘 要 本文从热力设备材质特点、电位-pH图的应用、锅炉水工况三个方面阐述了电位-pH图在锅炉水化学工况中的指导作用。指出只要认真了解铁-水体系电位-pH图的应用，并采用启发引导式教学模式就能较好的掌握锅炉水化学工况的内容。

关键词 电位-pH图 水化学工况 教学体会

中图分类号：TK229 文献标识码：A

锅炉水化学工况简称锅炉水工况是指锅炉的给水与炉水处理方式及所维持的主要水质指标。给水处理的目的是减小给水系统的腐蚀；炉水处理只对汽包炉而言，其目的是维持四氧化三铁溶解度最低保证蒸汽杂质最少以保护汽轮机，并且中和进入炉内的杂质以防止其浓缩，最终防止锅炉爆管。良好的水工况能有效地防止和减轻热力设备结垢和腐蚀造成的危害。本文着重谈谈电位-pH图在锅炉炉水处理教学中的指导作用。

随着科学技术的不断发展，目前国内外已实现许多有效地炉水处理方式，如直流炉的碱性全挥发水工况、加氧水工况、汽包炉的磷酸盐水工况、碱性全挥发水工况及络合物聚合物工况，氢氧化钠水工况等。虽然炉水处理方式种类繁多，实际上这些水工况概况起来可以分为两大类即除氧的还原性工况和加氧的氧化性工况。然而无论是哪种水工况，其原理都可以从电位-pH图得到解释。

1热力设备材质特点

热力设备的水冷壁管道及汽包等的材质大都是价格低廉的低碳钢和低合金钢及部分铜材，这些材质在一般水溶液中耐蚀性较差，所以为了保证热力系统安全运行就必须采取适当措施来维持它们可靠运行，对于电厂庞大的高温高压系统，唯一可行办法就是维持适当的给水，炉水的pH，消除与设备接触的介质水的侵蚀性，并通过加入合适的腐蚀抑制剂使金属表面生成耐蚀性较好地保护层，也就是采用合适的水处理方式。由于热力设备材质主要是低碳钢和低合金钢，因此我们可以利用Fe-H2O体系电位-pH图来分析和讨论炉水水处理方式的原理，使学生能够从这张图直观的理解炉水处理方式原理。由于电位-pH图是学生学习金属腐蚀与防护原理时就已经学习了解过，因此在锅炉水化学教学中，老师可以采用启发式教学方式来分析讲解电位-pH图在炉水处理方式中的指导作用，使学生能做到学以致用，举一反三，比较容易地理解掌握锅炉炉水处理的原理。

2 Fe-H2O体系电位-pH图及其在腐蚀研究中的作用

电位-pH图是20世纪30年代由比利时著名学者包拜Pourbaix. M教授于1938年首先提出来的，因此也被人们称之为Pourbaix图。金属的电化学腐蚀绝大数是金属同水溶液接触时发生的，金属在水溶液中的稳定性不但与他的电极电位有关，还与水溶液的pH有关， 所以电位-pH图是人们为了研究水溶液中发生的一系列反应和平衡问题，根据热力学原理提出的一种图解方法。它是把穩定相溶液或组分看作pH值和电位的函数，以平衡电位（相对于标准氢电极）为纵坐标，pH为横坐标，在给定条件下将元素与水溶液之间大量的、复杂的均相和非均相化学反应和电化学反应的平衡关系简单明了地图示于一个很小的平面或空间里。

下图是250C下简化的Fe-H2O体系电位-pH图（如图1），由图1可知铁在水溶液中共有三种可能存在的状态：即图中的腐蚀区、钝化区、免蚀区。为了降低或者免于铁在水溶液中的腐蚀，那么需要使铁在水溶液中处于钝化区或者免蚀区，要使铁处于免蚀状态，需要外加阴极极化的方法，这种方法显然在锅炉炉水处理上是不合适的。因此我们可以采取使铁处于钝化区的方法来降低铁在水溶液中的腐蚀。

3电位-pH图在炉水水处理方式选择中的作用

为了使铁在水溶液中处于钝化状态，由图可知在中性水溶液中，可在水溶液中加适量的氧化剂升高铁的电位使其进入到钝化区，即图中B点的位置。此即炉水的中性加氧的氧化性水工况原理，此时铁在水溶液中其表面会生成铁的高价氧化物Fe2O3，它降低了铁的腐蚀速度；若水溶液中除氧，此时直接添加碱性物质使溶液pH升高，使铁处于钝化状态，即图中A点的位置。此即炉水除氧的还原性水工况原理，此时铁在水溶液中其表面生成了磁性四氧化三铁降低了铁的腐蚀速度；如果在水溶液中既加氧又加入碱性物质，那么铁在水溶液中的电位升高且溶液pH提高，此时铁在水溶液中将处于图中钝化区C点的位置，铁的表面将生成Fe2O3 阻碍铁的溶解，此即炉水的联合水处理工况，如往炉水里既加氧又加氨，此法兼并了单纯加氨的全挥发处理和和中性加氧处理的优点，是一种更佳的防腐蚀方法。

目前炉水处理的常用水工况很多种，在教学中如果一味地让学生死记硬背，会使学生感觉枯燥乏味，而且效果欠佳，更容易混淆。如果能让学生很好地掌握了电位-pH图及其作用，并采用启发式教学方式，相信能使学生全面系统地掌握锅炉水化学工况知识。

参考文献

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