循环水管道腐蚀原因分析

生产实践Production Practice循环水管道腐蚀原因分析杨培燕′张继恒2顾宝珊’李黎'董小冬2刘汝平2杨国贤2(1.中国钢研科技集团有服公司先进金属材料涂镀国家工程实验室,北京100081;2.廊坊天海高压容器有限公司,河北廊坊065000摘要:用室内模拟实验、电化学实验、水质分析、腐蚀产物的成分分析和XRD分析等方法,对某压力容器厂碳钢循环水管道腐蚀穿孔原因进行了分析。结果表明:碳钢在冷却水中的腐蚀主要是由溶解氧引起的电化学腐蚀,腐蚀的主要原因是,该厂补充水源为严重腐蚀性水。关键词:循环水系统腐蚀原因水质分析腐蚀性水中图分类号:TG1725文献标识码:A文章编号:10087818(2011)020023-07Causes of Corrosion in the circulating Water SystemYANG Pei-yan, ZHANG Jiheng, GU Bao-shan, LILi, DONG Xiao-dong LIU RUHping YANG Guo-X(1. National Engineering Laboratory for Advanced Coatings Technology of Metal Material, China IronSteel Research Institute Group, Beijing 100081, China2. Lang Fang Tian Hai High Pressure Container Co, Ltd, Langfang 065000, China)Abstract: The causes of corrosion in the circulating water system at Langfang plant have been studiedby means of rotary coupon corrosion tests, linear polarization, water quality research, X-ray diffraction(XRD) and scanning electron microscope(SEM). The results demonstrated that the corrosion of steelcarbon in the circulating water system was caused mainly by the electrochemical corrosion of dissolvedoxygen in the water. The main reason of corrosion was that the added water in recycling circulating watersystems was the corrosive water.Key words: circulating water system; corrosion cause; water quality research; corrosive water0引言量也越来越高,循环水管道腐蚀年以上,没有明显腐蚀现象发生。问题逐渐突出。随着我国水资源的日益贫由于B地区的补充水源为该乏,工厂对节约用水的意识也在某压力容器有限公司是一家地区深井水,而L地区的补充水源逐渐增强,因此,循环冷却水成为生产高压容器的厂家,该公司在B为该地区自来水,因此,本文通大部分工厂用水量的主要组成部地区和L地区有两个生产基地,两过对L地区的腐蚀管道进行失效分分,工业冷却水循环后,虽然大个生产基地的循环水管道材质基本析,对B和L两地区的水质进行分幅度地节约了用水量,但从技术相同,L地区的设备2008年初投入析,以及腐蚀试验对比,对管道使用,管道使用7个月,进行维护腐蚀的原因和机理进行了研究和和管理上对设备运营提出更高的要求。特别是近年来随着补充水检修时发现循环水管路发生了较严探讨,在此基础上对今后如何减质的逐年恶化,循环水中的杂质含重的腐蚀,而B地区的设或防止此类腐蚀的发生提出了中国煤化工作者简介:杨培燕(1978-),女,硕士,工程师,主要CNMH作全面腐蚀控制23第25卷第2期2011年2月生产实践Production Practice建议公司提供的自来水或试验室去离旋转速度大约40转min,悬挂时1试验方法子水配制。三电极系统浸泡在试间分为四个周期,每个周期间隔验介质中,电极与金属腐蚀测试18天。1.1腐蚀产物分析仪的对应接头连接,并使用定时14水质分析首先通过现场观察以及现巡回数据记录仪打印记录研究电循环水系统中,最可能出现场拆卸下来的腐蚀试样的宏观观极的极化电流,通过测定极化电的问题就是结垢和腐蚀问题,因察,对管道的腐蚀程度以及形貌流的变化,确定极化阻率和腐蚀此,必须先对循环冷却水水质进进行初步了解,由于管内璧油污速率。行分析,主要考虑pH值、钙硬较严重,为便于进一步清晰观13室内模拟试验度、总碱度、水温、总溶解固体察,对某些管壁进行了清洗。最用静态挂片失重试验和动态旋五个重要因素,判断水质的基本后选取较为典型的腐蚀部位,利转挂片试验测定水样的侵蚀性依据采用饱和指数LSI和稳定指用扫描电子显微镜(SEM)对表试片为Q235-B的标准腐蚀试片数R.S,本研究主要研究了该公面腐蚀产物进行微观形貌观察与(40mm×20m×3.5mm)。试司补充水的水质能谱分析,取有代表性的腐蚀产验温度为40℃±1℃,试验介质为其中硬度、碱度指标均以每物部位,采用XRay衍射仪(XRD)在L地区和B地区现场采集水样及升中所含CaCO的毫克数表示进行定性分析模拟现场情况,根据研究需要实分析方法参考标准。12电化学试验验室所配制的溶液。采用同种材料三电极体系进2试验结果与讨论静态模拟试验:试验时毎个行线性极化,用自凝牙托粉封装容器内挂三个试片,计算平均腐21腐蚀产物分析碳钢试片暴露面积为1.0cm,蚀率,常压开口条件;悬挂时间选取较为典型的腐蚀部位使用同材、同形、同大的材料分为四个周期,第一周期为5天,利用扫描电子显微镜(SEM)对制成研究电极、辅助电极和参比第二周期为10天,第三周期为15表面腐蚀产物进行微观形貌观察电极,三支电极呈等边三角形排天,第四周期为20天,每周期更与能谱分析,分析结果如图1图列,组成同种材料三电极系统,换一次溶液。5所示试验介质为廊坊现场采集水样,动态模拟试验:试验仪器为通过对低压管段的成分分及模拟现场情况,根据研究需要RcI型旋转挂片腐蚀实验仪,每析,可以看出主要有Fe、Mn实验室所配制的溶液,溶液用该个旋转杆装3个试片,体系敞开,Ca、Si、A以及C、O等元素,腐YH中国煤化工图1低压管内壁腐蚀坑内的小孔微观形貌(12X)CNMHG图(30x24TOTAL CORROSION CONTROLVOL 25 No.2 FEB 2011生产实践Production Practice极化度高,半径小,因此,具有很CK070164]高的极性和穿透性,易优先吸附于金属表面,特别是在金属表面成00.30膜有缺陷或薄弱处或者在有缝隙的017601.7地方及应力集中的小孔处密集。在孔蚀发展过程中,随着蚀孔内金属CaK00.4200.51离子的不断增多,为保持电中性F961297孔外C优先向蚀孔内迁移,引起MatrirICtrrection7Ar蚀孔内进一步酸化,使蚀孔内处于图3低压管段内壁腐蚀坑位置1能谱分析图HCl腐蚀环境下,促使孔内金属的不断溶解,并伴随着H2的生成Hement wi%.Ar%Lk[053|12反应如下2963153.172HC+Fe→FeCl2+H2Siκ006810070溶液中CI的存在,加速了孔SK0044100.40蚀的自催化腐蚀过程,CI浓度越00301高,孔蚀速度越快。caK00.3100.23在低压直管段选取平整部Mnk0670035位进行X射线衍射(以下简称为rka22xRD)分析,结果如图6所示Matrix I Correction I7AF通过XRD的成分分析可以看图4低压管段内壁腐蚀坑位置2能谱分析图出,腐蚀产物的主要成分为Fe的Elemen Wr%氧化物Fe2O3或Fe3O4,以及Fe的硫813化物以及氯化物,还有CaCO3和0κ294524Mgo等,这个结果与能谱分析的A0031003结果基本一致。认01020022电化学实验0060(1)在L地区和B地区补充01600.13caK026301.87水中的电化学腐蚀情况比较,见Mnk00.8l图7FeK59.8430.47从极化曲线图可以看出试样fatmir Correction7AF在L地区补充水中的腐蚀速率要高图5低压管段内壁腐蚀坑位置3能谱分析图于B地区的,从试验后各试样的腐蚀产物基本上为铁的氧化物或少物区别不大,基本上仍然是以铁蚀形貌上观察,碳钢在B地区补充水中的腐蚀形貌以均匀腐蚀为量的水垢成分。的氧化物为主,但是坑内的腐蚀通过对腐蚀坑内外的腐蚀产产物中含有C元素,而平整部分主,而在L地区补充水中的腐蚀形物进行分析比较,结果见能谱图的成分中没有分析出Cl貌主要是局部腐蚀,局部腐蚀的3图5,可见腐蚀坑内的腐蚀产说明平整部分不含或者中国煤化工匀腐蚀。物元素组成与平整部分的腐蚀产量的Cl元素,这是因为氯THaCNMH④同药剂溶液中全面腐蚀控制第25卷第2期2011年2月25生产实践Production Practice区补充水翼20408811214016018图6低压管段x射线衍射图谱图7碳钢在B和L两地补充水中电流密度随时间的变化曲线的腐蚀情况比较。形貌上都可以看出,在PAC溶液率进行了比较,见表3。根据委托方提供的资料,中的试样腐蚀最严重。从表3中可以看出,在各个周该厂向循环水中主要添加PAC、(3)各种混合溶液中的电化期中,碳钢在L地区补充水中的腐PAM和石墨三种药剂进行水处学腐蚀情况蚀速率都要高于B地区的,这与电理。为了研究三种药剂对碳钢的从表2和图9可以看出随着混化学试验的结果是一致的。腐蚀是否有影响,分别研究了碳合溶液浓度增加,其腐蚀电流密2.32动态旋转挂片试验钢在三种介质中的腐蚀情况,为度增大,通过调节溶液的pH值旋转挂片试验主要对碳钢在了消除水的影响,所有的溶液均至中性,溶液的腐蚀率都有所下PAC溶液和10倍混合溶液中以及用去离子水配制。降,说明调节pH值的方法降低腐它们调节pH之后的溶液的腐蚀率从表1和图8可以看出,石墨蚀率是有效的。进行比较,见表4乳溶液和PAM溶液pH值呈碱性和23室内模拟试验从表4中可以看出,1%PAC中性,其腐蚀较轻,而PAC溶液231静态浸泡试验溶液和10倍混合溶液的pH值均呈pH值呈酸性,腐蚀较严重。从极通过静态浸泡试验,对碳钢酸性,试样在该两种溶液的腐蚀化曲线图和试验后各试样的腐蚀在L地区和B地区补充水中的腐蚀率较高,通过调节PAC溶液和混表1各药剂中极化电流密度和腐蚀率比较合溶液的pH值至中性都能有效的试验介质试验前P值试验后叫值极化阻率(R)腐电法度mcm)降低溶液对试样的腐蚀率,而且1%石墨乳98938526300038通过动态模拟试验可以看出,碳1%PAM81630.0024钢在L地区补充水中的腐蚀率本身I%OPAC3.830800312就比较高,从静态模拟和电化学试验对两地区补充水的腐蚀率比表2不同混合溶液中极化电流密度比较试验介质试验前pH值|试验后pH值极化阻率(R)腐蚀电流害度(mAcm2)原始浓度混合溶液66l6461341.380014910倍浓度混合溶液3.733.6l782.170025610倍浓度混合溶液(调pH=7)7.04795230025220倍浓度混合溶液3.483.49544.960036720倍浓度混合溶液(调pH=7)7.045.63中国煤化工0272注:溶液均用廊坊自来水配制:混合溶液是根据该公司提供的情况,用石盛每天自来水循环量及所加药剂的量计算出近似浓度CNMHG椒据天潘公司提供的26TOTAL CORROSION CONTROLVOL 25 No. 2 FEB 2011生产实践duction Practice團i叫:国原始浓度混合溶液0倍浓度混合溶液10倍浓度混合溶液(pl0倍浓度混合溶液0倍浓度混合溶液(p7)时间(h)图8在各种药剂中电流密度随时间的变化曲线图9各种混合溶液中电流密度随时间的变化曲线表3碳钢浸泡在不同水质中各周期腐蚀率比较(gh而)试验介质第周期平腐蚀率第2周期平均腐蚀率第3周期平均腐蚀率第4周期平均腐蚀率L地区补充水0.13680.l0560.10050.1288B地区补充水0.13060.09400.09870.l147表4碳钢在地区不同水样中浸泡(动态)各周期腐蚀率比较ghm2)试验介质第周期腐蚀率第2周期腐蚀阜『第3周期腐蚀率第4周期腐蚀率L地区补充水0.77260.4705038961%PAC0.95570.65540.52510.32691%PAC溶液(pH=7)0.30620.11840.12160083910倍浓度混合液0.38860.19590.16410.130910倍浓度混合液(pH=7)0.28090.16980.13050.1208现场采集水样水质检测结果因此,对L地区和B地区补充水水检测结果质进行分析比较检测项目单位L地区补充水B地区补充水水质分析结果如表5所示。其溶解总固体L376.64874中硬度、碱度指标均以每升中所氟离子57.178060含CaCO3的毫克数表示,分析方硫酸盐mg/L6016694法参考标准g16.187592通过以上水质检测数据镁49.1在相关标准中查出相应的A00470021B、C、D的值,利用下式计算出pH值8.24789pHs: pHs=(9.7+A+B)-(C+D电导率645X102847X102确定pHs后可用下列饱和指数溶解氧99951和稳定指数计算公式:L.S.I=pH总硬度433Hs,RS.I=2(pHs)-pH分别计较也可以看出,L地区的都要高于2.4水质分析算出饱和指数LSI和稳定指数B地区的。因此,该L地区补充水通过上述电化学和室R.S. I水质很可能有问题,有必要进行试验分析的结果可以看中国煤化工6水质分析。在L地区补充水中的腐蚀率CNMHG和稳定指数可全面腐蚀控第25卷第2期2011年2月27生产实践Production Practice表6B和L两补充水饱和指数计算结果水样温度AoHsL.S. IR.S. IL地区水样0.151.791.220484-0.168.5635℃B地区水样0.161.791.882.4685对水的特性进行判断。的腐蚀性因素有关,通过以上分的碳酸钙膜,将金属表面隔离饱和指数判断依据析我们可以看出,冷却水的腐蚀防止设备腐蚀。当LSI=0时,既不析出垢,性与pH值、水中的离子、水中溶由于该循环水系统都为敞也不发生腐蚀;解气体、以及水本身的硬度和碱开式,冷却水与大气在冷却塔内当LSI>Q时,倾向于结垢析度有关充分接触,因此,水中的溶解氧出。L值越大,结垢的倾向也越大通过以上分析可以看出,当处于饱和状态。特别是硬度较低当LSⅠ6时,出现腐蚀,R蚀速度,特别是加剧了蚀孔内部测得的结果是一致的,PAM和石越大,腐蚀的倾向越严重的腐蚀墨药剂溶液呈中性和碱性,对碳从表6结果及根据饱和指数通过以上的水质分析可以看钢的腐蚀影响不大,而药剂PAC和稳定指数判定依据,L地区水出,L地区的补充水硬度很低,低溶液呈强酸性,对管道的腐蚀影样LS<0,可以判定为腐蚀性水硬度水之所以具有腐蚀性的原因响较大,通过调节溶液的pH值能质;而B地区水样LS>0,为结在于,冷却水中的硬度由钙、镁有效的降低碳钢的腐蚀速率,因垢性水质。L地区水样RSIR7.5等二价金属离子组成,硬度的存此,要严格控制好PAC药剂的添属于严重腐蚀性水质,B地区水样在能与氧化还原产物形成溶解度加量,而且监控好整个循环水系RSI:=6070,水质基本稳定,较小的氢氧化物。当水中碳酸氢统的pH值可能微量结垢或腐蚀。根碱度存在时,它们还能生成难(2)从电化学和静态模拟数从表5中L地区和B地区补充溶的碳酸钙或碳酸镁的沉淀沉积据以及水质分析数据可以看出,L水源的水质分析数据可以看出,在表面,形成氧扩散势垒或金属地区补充水硬度较低,为严重腐L地区补充水的总硬度远远小于B与氧的隔离层。当水的硬度较小蚀性水质,是引起管道腐蚀的根地区补充水,而L地区补充水的时,很难在输水管壁形成碳酸钙本原因,因而表现为L地区生产pH值较高,属于高碱性低硬度水薄膜,使碳钢表面裸露在水中,基地循环水管道腐蚀问題比较突质,这种水质是一种腐蚀性很强由电化学作用等原因引起腐蚀。出。因此,建议加强水质管理的水质。因此,应该适当增加水的硬度,严格控制有关指标符合工艺规定25循环水系统中腐蚀机理讨论降水的饱和指数调节冷却水的腐蚀性与水中含有的程度,使输水管壁H中国煤化工,适当提高水的CNMHG反应速度TOTAL CORROSION CONTROLvoL.25№o2FEB.2011生产实践Production Practice参考文献版社,1996:38[5]给水排水设计手册第4册工业给水处理1])桑俊珍,白翠霞由衡水电厂循环水管刘,齐公台姚杰新邦兴逐取水管M]中国建筑工业出版社,2006:350353道腐蚀引起的思考山J华北电力技术,腐蚀穿孔原因分析门腐蚀科学与防护6纪象民徐松超换热设备软化水的腐蚀1998,6:19-20.技术,20018(2):141-143.性分析化工装备:33-352)中国腐蚀与防护学会腐蚀试验方法与4】周本省.工业水处理技术M.北京:化防腐蚀检测技术M]」北京:化学工业出学工业出版社,1997:41-43(上接第18页)图6E5104B管束腐蚀形貌之一图7E5104B管束腐蚀形貌之二3应对腐蚀泄漏的措施流板使流体在壳侧呈连续柱塞状重要。曾有换热器因忽视检修质螺旋流动,不会出现传统折流板量,造成检修后运行不到一周的31严防水质污染换热器泄漏是致使设备荷换热器内的流动“死区”,并且时间又发生泄漏,严重地影响生由于旋流产生的涡与管束传热界产,因此,务必加强检修质量管蚀的要害。要进一步加强对换热面边界层相互作用,使湍流度大理,避免换热器反复泄漏的情况器的泄漏检查,发现泄漏的换热幅度增强,有利于提高壳侧传热发生,确保生产设备安全稳定长器,要尽快处理。如果不能立即膜系数,从而提高换热效果,应周期运行。处理,应加盲板隔离,防止有机物料和腐蚀性成分漏入循环水加以推广33提高材料的耐蚀性能中,造成水质污染和物料流失,循环冷却水受污染后会造成设备可以利用渗铝技术和金属烧参考文献腐蚀加剧,形成恶性循环,因结涂料技术或是化学镀等对金属中国腐蚀与防护学会卢奇敏等.石油工此,要严防水质污染,将换热器表面进行改性,提高材料表面的业中的腐锺与防护M北京:化学工业耐蚀能力出版社2001,180-187泄漏产生的影响控制到最低2]赵敏,康强利陆云海.常顶换热器腐蚀32水冷器采用螺旋式折流板34提高检修质量失效分析及对策石油化工腐蚀与防螺旋折流板换热器的螺旋折加强检修的质量管理尤为护20025(4:3234.中国煤化工CNMHG全面腐蚀控制第25卷第2期2011年2月29