海淡水系統中的腐蝕與防護

　　海淡水系統中的腐蝕與防護【1】

　　摘要：淡化海水在運行過(guò)程中，由于溶解氧、促進(jìn)腐蝕性離子的存在，以及微生物的繁殖，均會(huì )對系統金屬產(chǎn)生腐蝕。

　　本文分析了腐蝕破壞在海淡水系統中的作用機理;提出了解決腐蝕破壞現象的防腐蝕技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：雙膜法;淡化海水;腐蝕機理;防腐蝕措施

　　天津作為一個(gè)海濱城市，擁有極其豐富的海水資源。

　　而淡水資源嚴重不足，人均淡水資源占有量?jì)H為153立方米，加上引灤水人均也只有370立方米，是全國平均水平的1/7。

　　針對這一現狀，以及“沿海工業(yè)企業(yè)，特別是電力、化工、石化等高用水企業(yè)應優(yōu)先利用海水替代淡水作為冷卻水，用海水淡化水工業(yè)鍋爐除鹽水”的要求;天津某化工廠(chǎng)利用海水淡化水作為工業(yè)循環(huán)冷卻水水源，較好解決了淡水資源嚴重不足的情況。

　　海水淡化，又稱(chēng)海水脫鹽，是一種從海水中獲取淡水的過(guò)程，實(shí)現海水淡化的一種方法是從海水中把淡水取出來(lái)，再一種方法是從海水中將鹽分取出來(lái)。

　　前者主要有蒸餾法(包括多級閃蒸(MSF)和多效蒸餾(MED))、反滲透(RO)、冷凍法、水合物法和溶劑萃取法等，后者有離子交換法、電滲析法(ED)、電容吸附法和壓滲法等。

　　其中反滲透法有著(zhù)無(wú)相變過(guò)程，能耗低;工程投資及造水成本較低;裝置緊湊，占地較少;操作簡(jiǎn)單，維修方便等特點(diǎn)，該化工廠(chǎng)即采用此法淡化海水作為循環(huán)冷卻水。

　　1 淡化海水腐蝕性

　　由于淡化海水中Ca2+、Mg2+等離子在前處理中已經(jīng)幾乎完全去除，導致淡化海水中硬度及堿度極低，而氯離子含量相對較高，屬于極低硬度、堿度水質(zhì)，此種水質(zhì)的腐蝕性極強。

　　試驗用海水淡化水的主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。

　　根據朗格利爾(Langelier)飽和指數

　　L.S.I = pH- pHS=-2.5<0

　　雷茲納(Ryz nar)穩定指數

　　R.S.I=2pHs-pH=9.5>6

　　氯離子含量為175.26mg/L，此水具有強腐蝕性。

　　為了對水質(zhì)的腐蝕性和結垢性進(jìn)行控制，必須要有一個(gè)能評價(jià)水質(zhì)化學(xué)穩定性的指標體系，以便對水質(zhì)化學(xué)穩定性進(jìn)行鑒別，從而采取相應的穩定性控制措施。

　　常用的水質(zhì)化學(xué)穩定性的判別指數有：飽和指數、穩定指數、結垢指數和臨界pH值結垢指數等。

　　表2對淡化海水做了具體的水質(zhì)化學(xué)穩定的判斷。

　　通過(guò)對淡化海水水質(zhì)化學(xué)穩定性的判定，同樣可以看出，此海水淡化水為嚴重腐蝕性水，對輸水管道和使用設備有著(zhù)嚴重地腐蝕威脅，必須進(jìn)行合適的防腐蝕措施。

　　2 淡化海水腐蝕機理

　　淡化海水在運行過(guò)程中，由于溶解氧、促進(jìn)腐蝕性離子的存在，以及微生物的繁殖，均會(huì )對系統金屬產(chǎn)生腐蝕。

　　2.1溶解氧腐蝕

　　循環(huán)冷卻水系統在運行過(guò)程中，水與空氣能夠充分接觸，因此水中含有較高濃度的溶解氧。

　　另外，由于碳鋼表面的不均勻性和溶解氧的去極化作用，使碳鋼和水構成了熱力學(xué)的不穩定體系，從而產(chǎn)生了氧化還原的電化學(xué)腐蝕。

　　碳鋼中的不同組分-石墨、滲碳體和鐵素體間的電位差成為微腐蝕電池的推動(dòng)力。

　　這是一個(gè)同一金屬不同組分間的腐蝕電池，陽(yáng)極、陰極彼此相連，不用導線(xiàn)自發(fā)進(jìn)行。

　　又由于這個(gè)電池很微小，無(wú)法分清陰陽(yáng)極，可以把整個(gè)金屬看成陽(yáng)極，也可看成陰極，整個(gè)腐蝕十分均勻，故稱(chēng)自發(fā)均勻的微腐蝕電池。

　　陽(yáng)極：

　　陰極：

　　在水中：

　　2.2促進(jìn)腐蝕氯離子—引起的腐蝕

　　由于海淡水中氯離子相對較高，形成氯化物、硫酸鹽等的濃度也會(huì )增加，從而加速金屬的腐蝕。

　　它們的存在，能使金屬表面保護膜的保護性能降低，尤其是Cl-的離子半徑小，穿透性強，容易穿透保護膜層，加速陽(yáng)極腐蝕過(guò)程，使氧腐蝕加速，引起點(diǎn)蝕。

　　2.3微生物引起的腐蝕

　　微生物排出的粘液與垢和泥沙等雜物形成沉積物附著(zhù)在金屬表面，發(fā)生垢下腐蝕;另一方面，由于沉積物的存在，使一些厭氧微生物得以繁殖而對金屬產(chǎn)生腐蝕。

　　如硫酸鹽還原菌，當溫度為25℃～30℃時(shí)，繁殖更快，它分解水中的硫酸鹽，產(chǎn)生H2S，引起碳鋼腐蝕，微生物腐蝕機理如下：

　　陰極反應：

　　陽(yáng)極反應：

　　(水的電解)

　　(吸附于金屬表面)

　　二次腐蝕反應：

　　細菌腐蝕總反應為：

　　硫酸鹽還原菌的腐蝕現象看起來(lái)與H2S腐蝕很相近。

　　但硫酸鹽還原菌的腐蝕危害程度更為嚴重，因為它的腐蝕一般為垢下腐蝕，更容易形成閉塞腐蝕電池而使管線(xiàn)、設備發(fā)生局部腐蝕而穿孔。

　　3 防腐蝕技術(shù)在淡化海水系統中的應用

　　3.1提高應用淡化海水系統的PH值

　　水系統PH值的高低直接影響金屬的腐蝕速度，隨著(zhù)水PH值的增加，水中氫離子的濃度降低，金屬腐蝕過(guò)程中氫離子去極化的陰極反應受到抑制，金屬表面特別是碳鋼表面生成氧化性保護膜的傾向增大，故冷卻水對碳鋼的腐蝕性隨其PH值的增加而降低。

　　對于金屬腐蝕速度的影響往往取決于該金屬的氧化物在水中的溶解度對PH值的依賴(lài)關(guān)系。

　　碳鋼設備在低pH值時(shí)就腐蝕的快一些，而在高pH值時(shí)就腐蝕的慢一些，因此適當提高系統PH值對海淡水系統防腐蝕非常重要。

　　該化工廠(chǎng)在應用淡化海水的系統中投加堿性原料作為PH值調節劑，從而達到適當提高水系統PH值的目的;進(jìn)而降低淡化海水對整個(gè)系統設備的腐蝕作用。

　　3.2添加緩蝕劑

　　緩蝕劑是一種以適當的濃度和形式存在于介質(zhì)(環(huán)境)中，可以防止或降低腐蝕的物質(zhì)或復合物。

　　對于一定的金屬腐蝕介質(zhì)體系，只要在腐蝕介質(zhì)中加入少量的緩蝕劑，就能有效的降低該金屬的腐蝕速度。

　　而緩蝕劑之所以能夠降低金屬的腐蝕速度，主要是其在金屬的表面形成一層致密的保護膜，阻止了腐蝕的進(jìn)行。

　　根據緩蝕劑在保護金屬過(guò)程中所形成的保護膜的類(lèi)型，其可以分為氧化膜型緩蝕劑、沉淀膜型緩蝕劑和吸附膜型緩蝕劑。

　　而要作為冷卻水的緩蝕劑必須要具備一定的條件：首先就是添加緩蝕劑的方案和其他方案相比，在經(jīng)濟上是比較合算的。

　　其次，其排放和經(jīng)處理后的排放在環(huán)境保護上是允許的。

　　最后，就是它與冷卻水中存在的各種物質(zhì)都是相容的。

　　在冷卻水運行的PH值范圍內(6.0～9.0)有較好的緩蝕作用。

　　該化工廠(chǎng)通過(guò)對淡化海水性質(zhì)進(jìn)行深入研究，與國內知名水處理公司合作公關(guān);并在大量實(shí)驗室試驗的基礎上，制定出適合淡化海水冷卻水系統應用的技術(shù)方案，通過(guò)適當調節循環(huán)水水質(zhì)指標、投加優(yōu)良的緩蝕劑以及高效的分散劑，從而確保系統設備的腐蝕控制在合理標準之內。

　　應用方案在現場(chǎng)近兩年的應用數據指標可以看出，系統監測部分的腐蝕速率控制在1mpy以?xún)�，相關(guān)設備在進(jìn)行局部檢修時(shí)并未發(fā)現嚴重的腐蝕破壞現象，淡化海水系統的防腐蝕控制方案是比較得當的。

　　3.3采用特殊材質(zhì)的管道

　　淡化海水對碳鋼、不銹鋼、鋁的局部腐蝕較嚴重，可以使用耐海淡水腐蝕的材質(zhì)，或者從管道材質(zhì)上使介質(zhì)不接觸碳鋼、不銹鋼或鋁等。

　　前者有HDPE鋼骨架復合管，PPR管等，后者有襯塑鋼管、涂塑鋼管、襯四氟鋼管等。

　　襯塑鋼管是以普通碳素鋼作為基體內襯化學(xué)穩定性?xún)?yōu)良的熱塑性塑料，經(jīng)冷拉復合或滾塑成型，它既有鋼管的機械性能，又有塑性管的耐腐蝕性，緩結垢，不易生長(cháng)微生物。

　　該化工廠(chǎng)襯塑鋼管運行兩年多來(lái)，顯示出很好的耐腐蝕性。

　　多種防腐蝕技術(shù)綜合運用，海淡水系統設備目前運行穩定。

　　綜上所述，淡化海水技術(shù)有效解決沿海淡水不足的同時(shí)，對防腐蝕工作提出更高的要求。

　　我們將繼續探索，將先進(jìn)、有效地防腐蝕技術(shù)運用到海淡水循環(huán)水系統之中。

　　參考文獻

　　[1]王蘭化.二十一世紀初期天津市水資源供需分析及對策探討[J].地質(zhì)調查與研究，2005(3).

　　[2]芮光雨.項目決策分析與評價(jià)[M].中國計劃出版社，2012(115).

　　[3]林玉珍，楊德鈞.腐蝕和腐蝕控制原理[M].中國石化出版社，2010(2)，355.

　　閉路循環(huán)水系統系統腐蝕與防護方案設計【2】

　　摘要：通過(guò)對閉路循環(huán)水系統腐蝕機理、腐蝕防護必要性的闡述，最后提出對閉路循環(huán)冷卻水的水處理方案。

　　關(guān)鍵詞：循環(huán)水 腐蝕 防護

　　一、前言：

　　閉路循環(huán)水系統通常在一次填充后，在沒(méi)有補充明顯數量水的情況下運轉較長(cháng)時(shí)間。

　　閉路循環(huán)水系統既可以加熱，又可以用于冷卻。

　　在閉路循環(huán)水系統中，通常通過(guò)輔助的開(kāi)放式冷卻物流或強制通風(fēng)將熱量散失，理論上水是沒(méi)有損失的，但在實(shí)際應用中通常會(huì )由于在蒸發(fā)器、密封和閥門(mén)等處有泄漏而導致水的損失。

　　二、閉路循環(huán)水系統腐蝕機理

　　閉路循環(huán)水系統實(shí)際應用過(guò)程中通常的溫度變化在5～8℃，存在著(zhù)腐蝕、結垢和微生物繁殖的問(wèn)題。

　　1、腐蝕：

　　腐蝕電池的建立基于以下幾種情況：

　　(1)、水中溶解氧反應

　　在閉路系統內，通常由于系統需要補充水，氧便隨補充水從泵、閥門(mén)等進(jìn)入系統，水中溶解氧存在，就會(huì )發(fā)生氧腐蝕，氧會(huì )由于發(fā)生腐蝕而非�？斓南�耗掉。

　　(2)、異金屬的耦合

　　當不同金屬存在時(shí)，由于它們的電位差不同而導致電化學(xué)腐蝕。

　　而在閉路循環(huán)水系統合金往往會(huì )存在，不同的金屬間就會(huì )發(fā)生電偶腐蝕。

　　(3)、濃度差電池

　　在電解液中不同兩點(diǎn)的電解質(zhì)濃度差異會(huì )加速腐蝕。

　　這種差異主要體現在裂縫處或垢下的金屬表面，好的設計應當使裂縫的影響減少到最小，另外適當的水處理會(huì )消除垢物的存在。

　　2、水垢

　　理論上，在實(shí)際的閉路循環(huán)水系統，水垢的形成因素非常少，以至于它們對設備表面沒(méi)有明顯的影響。

　　然而在一些補充較多水的系統，一些額外的水垢會(huì )隨補充水的增加而不斷積累，比例會(huì )越發(fā)明顯。

　　這種情形在較高熱的物流系統會(huì )很快發(fā)生結垢，嚴重時(shí)導致停車(chē)。

　　正是由于這個(gè)原因，大多數閉路循環(huán)水系統都加注水垢抑制劑來(lái)預防此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生。

　　3、其它垢物

　　典型的閉路循環(huán)水垢物包括：腐蝕副產(chǎn)品，泥沙，切割油脂，混合物，建筑碎片，工藝側污染物，烴和鑄造油脂，很多垢物都是系統新建時(shí)的殘留物、隨補充水帶入的污染物、工藝泄漏物以及較差的腐蝕控制。

　　4、微生物繁殖

　　微生物繁殖變得嚴重主要基于以下原因：補充水帶入較多氧、碎屑和營(yíng)養物而有利于菌體培養;工藝泄漏可提供大量的養分。

　　許多采用與大氣接觸的儲罐或由空氣從密封處泄漏，因此氧會(huì )接近于飽和。

　　微生物的問(wèn)題能夠引起結垢、腐蝕和傳熱損失。

　　三、 閉路循環(huán)水系統水處理的必要性

　　不經(jīng)過(guò)處理的閉路水系統都有比較嚴重的腐蝕和微生物的問(wèn)題，目前閉路水項目都要求進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)處理后可以解決閉路水存在問(wèn)題，對設備進(jìn)行保護，達到如下目的。

　　1、提高設備運行的穩定性

　　解決了腐蝕結垢和微生物等問(wèn)題，會(huì )使設備在穩定的狀態(tài)下運行，可以減少操作的波動(dòng)，減少維護的費用，進(jìn)而降低運行成本。

　　2、延長(cháng)設備使用壽命

　　減少腐蝕，可以大大延長(cháng)設備的使用壽命，經(jīng)過(guò)處理后，腐蝕速率大約可以減少到原來(lái)的1/3，由腐蝕影響的蝕設備壽命可以提高三倍。

　　3、設備清潔提高冰機效率

　　通過(guò)對腐蝕、微生物和生物粘泥的處理，可以使設備表面清潔，提高熱交換效率，進(jìn)而提高冰機的效率。

　　4、節省補充水

　　不經(jīng)過(guò)處理的閉路水系統，經(jīng)常會(huì )因為腐蝕和微生物問(wèn)題，造成系統總鐵或濁度偏高，必須進(jìn)行排水置換，耗費大量的補充水。

　　經(jīng)過(guò)處理后可以很好的解決腐蝕和微生物問(wèn)題，減少補充水的消耗量。

　　5、減少工藝介質(zhì)泄漏避免生產(chǎn)事故發(fā)生

　　存在腐蝕的冷凍水系統，有時(shí)會(huì )由于腐蝕造成工藝介質(zhì)大量泄漏至冷凍水中，造成生產(chǎn)事故，除了全部排污置換外還會(huì )造成裝置停工，損失巨大。

　　經(jīng)過(guò)處理后，可以避免由于水側腐蝕造成的泄漏等生產(chǎn)事故。

　　6、節省能源

　　冰機系統排放的水，都是經(jīng)過(guò)冰機降溫處理之后的水，水的成本很高，因為腐蝕和微生物等問(wèn)題造成的不必要排水，會(huì )直接損失大量的水和電能，經(jīng)過(guò)處理后可以解決腐蝕和微生物等問(wèn)題，進(jìn)而節約大量的能源。

　　四、閉路循環(huán)水系統處理技術(shù)方案介紹

　　1、閉路冷凍水系統現狀：

　　目前遼陽(yáng)石化尼龍廠(chǎng)閉路冷凍水系統，系統容積250 m3，系統循環(huán)量500 m3/h， 主要材質(zhì)為碳鋼、不銹鋼、銅。

　　PH： 7.02 Fe ： 5.1ppm 濁度 ： 33 ppm，在現場(chǎng)檢修時(shí)發(fā)現腐蝕非常嚴重，必須通過(guò)水處理技術(shù)控制腐蝕與結垢現象的發(fā)生。

　　2、閉路水系統運行目標：

　　依據工業(yè)循環(huán)水處理標準： 碳鋼腐蝕速率<0.075mm/a 不銹鋼腐蝕速率<0.005mm/a 細菌總數<10000個(gè)/ml

　　3、處理方案：

　　3.1 水系統

　　3.1.1系統清洗：裝置停車(chē)檢修開(kāi)工運行對循環(huán)閉路系統要徹底清洗以除去施工或運行時(shí)留下的焊渣，泥土，銹熘、油脂等。

　　針對5℃水系統目前的情況，應做一下簡(jiǎn)單的化學(xué)清洗，具體如下：

　　在清洗時(shí)一次性加殺菌劑50 Kg(濃度為200ppm)，分散劑50 Kg(濃度為200ppm)，循環(huán)運行24 小時(shí)，排污置換，置換后水質(zhì)指標應達到總鐵含量小于0.5 mg/L，濁度小于0mg/l。

　　3.1.2、預膜和正常運行

　　清洗結束后，注入脫鹽水并投加緩蝕阻垢劑， 提高碳鋼、不銹鋼、銅抗腐蝕的能力，同時(shí)對雜質(zhì)有分散功能，可以保證換熱設備表面清潔，避免結垢從而保證換熱效率。

　　初始投加濃度為5L/M3，按現場(chǎng)條件勻速投加，測定系統中緩蝕阻垢劑濃度為1500-2000ppm。

　　由于現場(chǎng)閉路水系統有可能出現水損失情況，需要補充藥劑。

　　保持這種濃度運行72小時(shí)，為達到最佳控制效果，預膜結束后需要進(jìn)行排水置換，在排水置換過(guò)程監測緩蝕阻垢劑濃度，當濃度小于750ppm時(shí)，同時(shí)監測系統總鐵和濁度，如果此時(shí)總鐵<0.5ppm，濁度<10FAU，可以停止排污轉入正常運行。

　　如果此時(shí)總鐵>0.5ppm，濁度>10FAU，需要繼續排污置換，待總鐵和濁度達到指標時(shí)，停止排污置換，再進(jìn)行補加緩蝕阻垢劑，監測緩蝕阻垢劑濃度大于620ppm，維持這種藥劑濃度正常運行。

　　3.1.3、細菌控制

　　每個(gè)月投加2-3次殺菌劑，投加濃度為150-200mg/L(視細菌總數而定)，按現場(chǎng)條件勻速投加，控制細菌總數及因細菌而引起的生物粘泥問(wèn)題。

　　4、控制參數

　　系統以脫鹽水為補充水。

　　由于系統是閉路式的，與外界無(wú)接觸，正常情況下，該閉路循環(huán)水系統基本上是穩定的。

　　藥劑濃度的變化取決于系統的泄漏及補充水的情況。

　　系統的密閉情況越好，泄漏越小，則藥劑濃度下降越慢，藥劑消耗也就越少。

　　為達到最佳的處理效果，必須將運行參數控制在以下的范圍內：控制指標：PH>8.5總鐵含量 <2ppm(超過(guò)需排水置換)， 緩蝕阻垢劑濃度 >620ppm 。

　　參考文獻：

　　[1] 《金屬腐蝕學(xué)》 國防工業(yè)出版社出版，2002年9月第一次印刷

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