浅谈工业水对化工设备的腐蚀与防护

摘要：水在工业生产中具有着重要的作用，是一种必不可少的介质。许多的工业产品是以水作为介质和原料的（电解NaCl溶液等），还有很多的工艺过程都离不开水（水换热等）。同时在水形成和运行的过程中，许多盐类和气体溶于其中，使其变成了腐蚀性电解质，当与金属材料接触时就可能腐蚀金属，因此研究工业水的腐蚀与防护技术，对于化工生产有着特殊的意义。

关键词：工业水；化工生产设备；腐蚀；防护；电解质

【分类号】TQ050.9

1、 工业水的分类及腐蚀破坏形式

1.1 水的分类

水按照含盐量的不同可以分为海水、半咸水、和淡水三类。

海 水 在流动域的海水盐含量一般为32―36g/kg，海水的pH值一般为7.7，局部可达8.8。

半咸水 半咸水的盐含量比海水低，但超过0.5%，并由于含盐带来咸味而不能引用。

淡 水 淡水的含盐量低于0.5%，最大总固溶物含量为0.1%。淡水的pH值一般为6.5―8.5

在工业水中，氧含量、pH值大小、流速、温度等都会对设备的腐蚀产生一定的影响。

1.2 金属材料在工业水中的腐蚀破坏形式

工业水无论是海水还是淡水，都含有各种离子和溶解的氧气，其中Cl-和氧的浓度变化，对金属的腐蚀形态起着重要的作用，普遍存在而又十分重要的破坏形式有以下几种：

孔蚀 孔蚀是钢铁设备在工业水中经常发生的一种局部腐蚀形态，严重时会造成设备穿孔。钢铁的孔蚀多由腐蚀产物或者沉积物造成的氧浓差电池所引起，铝和不锈钢的孔蚀是因侵蚀性Cl-在金属表面吸附并形成可溶性络合物，破坏了钝化保护膜，造成活化―钝化电池所致。腐蚀产生的氯化物水解，形成低pH值，造成上述腐蚀过程的循环，加剧孔蚀的发展。

缝隙腐蚀 置于工业水中的换热器和一些组合结构，往往因存在缝隙而产生缝隙腐蚀。缝隙腐蚀的形成和发展极力于前述孔蚀机理相似。

电偶腐蚀 工业水是电解质，因此在工业水中，腐蚀电位不同的金属就会形成电池，使电负性金属（阳极材料）腐蚀加剧，而电正性材料（阴极材料）则腐蚀减弱。

应力腐蚀破裂 在工业水系统中，在应力作用下一些材料会产生应力腐蚀破裂，这种破坏十分的危险，应该小心对待。

冲刷腐蚀 工业水的流速升高到一定程度后会破坏金属的保护膜而加剧金属的腐蚀，当水中夹带了固体悬浮物或者磨料时，这种破坏就更为严重。

2、 工业水对碳钢的腐蚀及防止方法

碳钢是在工业水系统中应用最广的一种材料，工业水中的各种换热器和管网绝大多数是碳钢制造的，因此了解其腐蚀特征、影响因素，对寻求防止方法是很有意义的。

2.1 工业水对碳钢的腐蚀

溶解氧 在正常条件下，工业水的pH值为6―9，溶解在水中的饱和氧正是腐蚀去极剂，腐蚀反应为：

阳极 FeFe2++2e

阴极 O2+2H2O+4e4OH-

结果形成腐蚀副产物：

Fe2+，Fe3+FeO，Fe3O4，Fe2O3

温度 温度对碳钢在工业水中的腐蚀有重要影响，这是因为温度的改变不仅改变了反应的活化能，也影响了水中的氧含量。温度升高，氧向金属表面扩散的速度加快了，经研究表明：在给定氧浓度下，温度每升高30℃腐蚀速度就增加一倍。在开口系统中，这种关系一直保持到80℃，再升高温度，则由于达到金属表面的氧量极微，腐蚀速度就迅速降低，所以表面再高温时的腐蚀轻微。在封闭系统中，由于氧不能逸出，腐蚀速度随温度的升高而增加，知道氧全部耗尽为止。

pH值 在充空气的蒸馏水中，在pH4.0―10范围内，腐蚀速度仅由扩散到金属表面的氧含量来决定，pH值的的变化对腐蚀速度的影响不大。在实际生产中，由于工业水中含有各种盐类，它们有些在阴极内会沉积并抑制阴极过程，因此工业水pH值上升到8.0以上时，腐蚀速度会相对降低。同样，当水的pH值低于6.0时，腐蚀的速度迅速增加。

盐浓度 增加水的含盐量，水的导电能力也随之增加，结果腐蚀速度提高。这种趋向直到盐浓度提高使水中溶氧量降低时才改变。在工业冷却水中，盐浓度的变化对腐蚀速度的影响是复杂的：既要注意Cl-、SO42-等侵蚀性离子的腐蚀作用，也必须考虑Ca2+、HCO3-和溶解固体等因素可能形成保护性垢层而降低腐蚀速度。

水流速度 提高水流速度会加快氧到达金属表面的速度，自然也增加了碳钢的腐蚀速度。当水中存在一定量的Cl-时，碳钢不可能钝化，这时流速增加带来了更多的氧，腐蚀速度将更快。对碳钢，允许的最大水流速度是1.5m/s，更高的速度会加快腐蚀破坏。

2.2 防止碳钢腐蚀的方法

结合本车间的实际情况发现：碳钢在工业水中的腐蚀，除全面腐蚀外（换热器封头尤为明显），以孔蚀为主要特征（循环水，伴热线管道腐蚀泄漏）。针对这些情况，防止碳钢在工业水中腐蚀的常用方法有以下几种：

阴极保护 阴极保护就是在要保护的金属构件上外加阳极，这样构件本身就成为阴极而受到保护，发生还原反应。阴极保护又可用两种方法来实现。

（1）称为牺牲阳极保护法：它是在腐蚀金属系统上联结电势更负的金属，即更容易进行阳极溶解的金属作为更有效的阳极，称为保护器。这时，保护器的溶解基本上代替了原来腐蚀系统中阳极的溶解，从而保护了原有的金属。此法的缺点是用作保护器的阳极消耗较多。

（2）外加电流的阴极保护法：该法是将被保护金属与外电源的负极相连，并在系统中引入另一辅助阳极，与外电源的正极相连。电流由辅助阳极（由金属或非金属导体组成）进入腐蚀电池的阴极和阳极区，再回到直流电源B。当腐蚀电池中的阴极区被外部电流极化到腐蚀电池中阳极的开路电势，则所有金属表面处于同一电势，腐蚀电流消失。因此，只要维持一定的外电流，金属就可不再被腐蚀。

缓蚀剂（水质稳定剂） 把少量的缓蚀剂（如万分之几）加到腐蚀性介质中，就可使金属腐蚀的速率显著的减慢。这种用缓蚀剂来防止金属腐蚀的方法是防腐蚀中应用得最广泛的方法之一。我们可以把缓蚀剂分为阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂和混合型缓蚀剂。

改用耐腐蚀材料 当碳钢受到严重腐蚀并且不能采用上述方法来防止时，则应选用耐蚀金属材料。当然，采用镀或者喷涂耐腐蚀金属层，也可以改善碳钢的腐蚀性能。

参考文献：

[1]腐蚀与防护手册.刘国瑞.1991.10.化学工业出版社。

[2]化工工艺设计手册.郑炽.1985.07.化学工业出版社。

[3]工程流体力学.袁恩熙.1986.10.石油工业出版社。