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循环冷却水处理知识---系列3

工业循环水处理技术 2020-05-21 14:34:22

循环冷却水处理知识---系列3

一、冷却水中金属腐蚀的机理

由以上的金属腐蚀机理可知,造成金属腐蚀的是金属的阳极溶解反应。因此,金属的腐蚀破坏仅出现在腐蚀电池中的阳极区,而阴极区是不腐蚀的。

孤立的金属腐蚀时,在金属表面上同时以相等速度进行着一个阳极反应和一个阴极反应的现象,称为电极反应的耦合。互相耦合的反应称为共轭反应,而相应的腐蚀体系则称为共轭体系。在共扼体系中,总的阳极反应速度与总的阴极反应速度相等。此时,阳极反应释放出的电子恰好为阴极反应所消耗,金属表面没有电荷的积累,故其电极电位也不随时间而变化。

从以上的讨论中可以看到,在腐蚀控制中,只要控制腐蚀过程中的阳极反应和阴极反应两者中的任意—个电极反应的速度,则另一个电极反应的速度也会随之而受到控制,从面使整个腐蚀过程的速度受到控制。

二、影响腐蚀的因素

(一)化学因素

1.pH

pH值降低时腐蚀就增强。

当低于4.3时(游离无机酸度区),影响腐蚀的最有效因素是pH值,即增加氢离子浓度能加剧腐蚀。

pH 增加到4.0时,其特点与溶于酸的金属相同;界于4.3~10.0,腐蚀率受到影响要小些(氧去极化是主要因素);pH增加到12以前,腐蚀速率不断下降,达到12时腐蚀率最小。再继续增大,腐蚀率又开始增大。

2.溶解盐


溶液电导率的升高使初期腐蚀速度也升高;像Cl-、SO42-等腐蚀性离子,可以破坏金属的阳极氧化保护膜,从而进一步加速腐蚀;构成硬度和碱度的离子对腐蚀却有抑制作用;在电解质浓度高的水中,氧的溶解度下降,所以含盐量高时腐蚀速度降低。

图3-9 pH值对腐蚀速度的影响       图3-10 溶解固体对腐蚀速率的影响

3溶解气体

(1)溶解氧

溶解氧的数量与水温、水压、暴露于大气的水面积直接有关。起去极化作用,会促进腐蚀。

当水中含氧不一致时(金属表面疏松的沉积物、盐类的沉淀或悬浮物、微生物造成的沉积物),会形成一个氧浓差充气电池,表现形式为垢下腐蚀。

引起点蚀或凹陷腐蚀。发生点蚀时,其后果要比在在面积上产生同样的金属失重更为有害。强烈的点蚀可以使金属产生较深的穿透,并在这些穿透点处迅速破坏。

图3-11不同温度时氧含量对腐蚀的影响

(2)二氧化碳

溶于水后形成碳酸,增大水的酸性,有利于氢的逸出。

(3)氨

会选择性地腐蚀铜:  NH3 + H2O = NH4OH      NH4OH + Cu2+ =Cu(NH3)2+ + H2O

(4)硫化氢

导致pH降低;与铁形成硫化铁(阴极),与铁形成电偶腐蚀。

4.悬浮物

      主要是易沉积在换热器表面引起垢下腐蚀。当冷却水流速过高时,颗粒容易对硬度较低的金属或合金产生磨损腐蚀。

(二)物理因素

1.温度

温度升高,腐蚀的化学反应速度就提高。

温度与扩散速度成正比,与过电压、粘度成反比。增加扩散量能使更多的氧到达金属表面,导致腐蚀电池去极化;过电压下降时,因析氧而导致去极化;粘度下降有利于阴阳极去极化,即有利与大气中氧的溶解和加速氢气的逸出。

在金属相邻的区域内,温度不同,就会加剧点蚀,热的部位为阳极,冷的部位为阴极。

因素之间也是相互影响的。温度升高,氧含量降低,使腐蚀速度降低。

2.金属相对面积

腐蚀速率与阴极和阳极面积的比例成正比关系。

不同金属:镍-钢结合时,镍为阴极。采用管-管板连接,钢-镍则腐蚀加剧;镍-钢增腐蚀小得多。

同一金属:钝化膜破坏。

3.流速

流速增加使腐蚀速度增加。


在高流速区域,层流区的厚度减少,氧容易达到金属表面,氧的去极化作用导致腐蚀加速进行。高速流水会冲走可能成为钝化层的腐蚀产物,从而加剧腐蚀。

4.不同金属

不同金属的接触而引起的腐蚀称为电偶腐蚀。

金属溶解并以离子形式进入水中的趋势取决于金属及其离子间的电极电位。不同金属的电极电位随离子浓度、温度、腐蚀环境而变化。

5. 冶金学方面

金属的均匀性:非均相金属的夹杂区、晶粒结构的金属化合物上的夹杂区

金属表面状况:表面总有缺陷,如划痕、裂纹等;

静态应力:交变应力:

(三)微生物

使得氢新陈代谢,导致腐蚀电池去极化。厌氧菌会形成浓差电池,加快局部腐蚀;某些种类的细菌还会产生酸性化合物;去磺弧菌属是硫酸盐还原菌,可使硫酸盐生成硫化氢;硫杆菌属把硫酸盐氧化成硫酸。