适合不锈钢管凝汽器的水质稳定剂研究
葛红花1，陈霞2，郭永胜1，吴一平1，国瑞峰1
1.上海电力学院（上海 200090）；2. 江苏新海发电有限公司（连云港222023）
[摘 要] 本文利用极化曲线等方法研究了某电厂不锈钢管凝汽器用冷却水及实验室模拟冷却水对304不锈钢的侵蚀性，以及不同水质稳定剂对不锈钢的缓蚀性能。结果显示，冷却水原水在浓缩过程中随浓缩倍率的提高对不锈钢的侵蚀性增大，冷却水中加入以阻垢剂为主的复配水稳剂可以显著降低浓缩冷却水对不锈钢的侵蚀性；水质稳定剂中加入锌盐后，对不锈钢的缓蚀作用反而下降；含BTA 的铜管凝汽器水质稳定剂对不锈钢没有缓蚀作用。
[关键词] 不锈钢；水质稳定剂；缓蚀；阻垢
Research on water stabilizers for stainless steel condenser
GE Hong-hua1, CHEN Xia2, GUO Yong-sheng1, WU Yi-ping1, GUO Rui-feng1
(1. Shanghai University of Electric Power, Shanghai 200090, China; 2.Jiangsu Xinhai Power
Generation CO. LTD, Lianyungang 222023, China)
Abstract： The anti-corrosion performance of 304 stainless steel in the cooling water that is actually used in
one power plant and in the simulated cooling water was studied by methods such as polarization curves. The
results show that the concentrated cooling water appears corrosive to stainless steel. The water stabilizer consisted
mainly of scale inhibitors shows corrosion inhibition to stainless steel in concentrated cooling water, but the
inhibition performance decreases after adding zinc salt to the water stabilizer. The water stabilizer containing BTA
for copper alloy condensers has no corrosion inhibition to stainless steel.
Key Word： Stainless steel; Water stabilizer; Corrosion inhibition; Scale inhibition
1 引言
不锈钢凝汽器管以其良好的性价比和耐蚀性能在电厂得到了越来越多的应用。不锈钢在各种工业水中具有很低的均匀腐蚀速度（一般<1μm/a)，但在实际工业生产条件下，特别是在化学工业中，不锈钢设备（如水冷器）的腐蚀破坏事故却十分频繁，主要腐蚀破坏形式是点蚀和应力腐蚀破裂等局部腐蚀[1-3]。与化学工业相比，不锈钢在电力工业凝汽器中使用的时间还不是很长，但发生在化学工业中的不锈钢腐蚀破坏严重问题必须引起电力行业的高度重视^[4]。
使用水质稳定剂防止凝汽器的腐蚀是较常用的方法。水质稳定剂主要由缓蚀剂和阻垢剂组成，BTA 、MBT 等有机吸附类物质常用作铜合金的缓蚀剂，钼酸盐、锌盐等无机盐常用作钢铁的缓蚀剂。本文根据不锈钢耐蚀性的特点，通过极化曲线测定及水质分析，研究了304 不锈钢在冷却水中的耐蚀性能，以及不同水质稳定剂对不锈钢的缓蚀作用。
2 实验
实验材料为304 不锈钢。将不锈钢加工成面积为1cm×1cm 的试片，工作面背面焊上导线，用环氧树脂封装非工作面。实验前用0～6 号砂纸逐级打磨光亮后，再用酒精脱脂，去离子水冲洗。极化曲线测定在EG&G PARC M283 恒电位仪、PARC M1025 频率响应分析仪上进行，采用M352 软件测试系统，扫描速度为1mV/s；测试在三电极体系中进行，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极，测量温度为45ºС。
实验用水为江苏某电厂凝汽器用冷却水的补充水（原水），水样中Cl⎯、Ca2+浓度分别根据国家标准GB6905-86、GB6910-86 测定。模拟水组成为：Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃⁻、SO₄²⁻、Cl⁻、Na⁺分别为20、6、122、360、300、379 mg/L。

3 结果与讨论
3.1 不锈钢在原水中的耐蚀性
图1 为不锈钢电极在不同水样中的极化曲线，其中曲线1 为不锈钢在原水中的极化曲线，显示钝化区电位范围为-0.27V ~ +0.93V，电位为0.93V 出现电流的增大。测得实验用原水的pH 值为7.47，在1atm、45ºС 下，可计算出原水的析氧电位约0.76V，因此，可以认为在原水中不锈钢不出现点蚀^[5]，0.93V 为不锈钢的过钝化电位。
图1 中其它曲线为不锈钢在浓缩不同倍率的冷却水中的极化曲线，可见随着浓缩倍率的提高，不锈钢电极的极化曲线显示在较低电位下就出现电流的增大，即出现点蚀。随着冷却水的浓缩倍率提高，不锈钢的点蚀电位降低，冷却水对不锈钢的侵蚀性增大。

不锈钢的点蚀主要是由于冷却水中氯离子（Cl^-）对钝化膜的破坏作用，Cl⎯浓度越高，不锈钢点蚀电位越低^[6]。但同时冷却水中的含氧酸根离子如：NO₃⁻、CrO₄²⁻、SO₄²⁻、HCO₃⁻等对点蚀有抑制作用，这些离子往往通过竞争吸附作用降低Cl⎯的侵蚀性。冷却水在浓缩过程中，水体中的Cl⁻浓度按比例增大，但由于钙镁垢类的析出，HCO₃⁻、SO₄²⁻等离子的浓度
将减少，导致冷却水的侵蚀性随浓缩倍率的提高而增强，不锈钢点蚀电位下降。表1 为浓缩过程中冷却水的Cl^-、Ca²⁺浓度变化，显示Cl⎯浓度基本按浓缩倍率比例增大，而Ca²⁺浓度的增大趋势明显小于浓缩倍率，使[Cl⎯]/[ Ca2+]比值逐渐增大，冷却水侵蚀性增强。

图2 为304 不锈钢电极在含不同浓度氯离子的模拟冷却水中测得的极化曲线，其中图2（a）中硫酸根离子浓度为360 mg/L，图2（b）中硫酸根离子浓度为540 mg/L。图2 显示不锈钢在模拟水中的耐点蚀性能直接与[Cl^-]/[SO₄²⁻]比值相关，当[Cl^-]/[SO₄²⁻]比值(重量比)≤0.42 时，氯离子浓度的增加不会促进不锈钢的点蚀，这是由于溶液中的SO42−等的缓蚀作用；当[Cl^-]/[SO₄²⁻]比值增大到0.56 时，极化曲线不显示过钝化，扫描至较低电位时就出现了电流的快速增加，出现点蚀。随着[Cl^-]/[SO₄²⁻]比值的继续增加，点蚀电位Eb 下降。表2 为304不锈钢电极在含不同[Cl^-]/[SO₄²⁻]比值的模拟冷却水中测得的点蚀电位Eb，显示Eb 随[Cl^-]/[SO₄²⁻]比值的增加而降低。同时可以看到，当硫酸根离子浓度为360mg/L 时，引起Eb下降的氯离子浓度为200mg/L；当硫酸根离子浓度为540mg/L 时，引起Eb 下降的氯离子浓度增大到300mg/L。即冷却水中硫酸根离子浓度的增加可使不锈钢耐点蚀性能增强，使不产生点蚀的极限氯离子浓度增大。硫酸根离子对点蚀的抑制作用来源于硫酸根离子与氯离子在钝化膜表面活性点上的竞争吸附，当介质中钝化膜表面吸附的氯离子很少时，点蚀能够被抑制^[7]。其它的含氧酸根离子如NO₃⁻、CrO₄²⁻、HCO3
⁻等对不锈钢具有与SO₄²⁻一样的缓蚀作用。