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循环水系统的腐蚀如何防止？

发布时间：2011/4/15 阅读次数：1537 字体大小: 【小】【中】【大】

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一、腐蚀

（一）铜管的腐蚀类型

凝汽器铜管在冷却水中的腐蚀有均匀腐蚀与局部腐蚀两类。有些黄铜管，在使用年限较长后，铜管管壁均匀变薄，这就是由于均匀腐蚀所致，其危害性不算十分严重。局部腐蚀是比较危险的，运行中机组水质突然变坏，往往是由于凝汽器铜管的泄漏所造成的。

铜管的腐蚀过程，与铜管表面保护膜的性能有很大的关系。当清洁的新铜管投入运行后，对它实行镀膜处理，其表面便会形成一层致密的保护膜，它紧紧粘附在铜管表面，使铜管表面和水隔离，抑制腐蚀的发生。

由于各种冷却水的水质不一，所以铜管在运行中能否形成良好的保护膜与冷却水质有密切的关系。一般地，在含盐量小的水中，较易形成良好的保护膜，在含盐量高的水中，保护性能较差。

如果铜管的表面在运行初期已形成一层良好的保护膜，以后就不再会发生均匀腐蚀；只有在此膜破裂后，才会发生局部腐蚀。

下面简单地介绍各种局部腐蚀的类型。

1．脱锌腐蚀

常用的铜管一般都是铜锌合金。黄铜中的锌被单独溶解的现象，称为脱锌腐蚀。脱锌腐蚀的原理目前有两种说法：一种认为脱锌腐蚀是铜锌合金中的锌被选择性地溶解下来；另一种认为，腐蚀开始时是铜和锌一起溶解下来，然后水中的铜离子与黄铜中的锌发生置换反应，而铜被重新镀上去，所以脱落下来的仅为锌。

其腐蚀症状是，上面一层是棕黄色的腐蚀产物，下面是因脱锌而形成的海绵状紫铜，再下面是未受腐蚀的黄铜基体。

一般在铜管中，含锌越高，脱锌的倾向越大。黄铜中有铁、锰时会加速脱锌腐蚀，有砷、锑和磷时，会抑制脱锌过程，所以现用铜管中一般都加有砷。

水的pH值对黄铜脱锌也有影响，在pH = 7左右的微酸性和碱性水中，黄铜中锌的腐蚀速度比铜大的多，脱锌较明显。

此外，促进脱锌的因素还有冷却水的流速慢、管壁温度高和管内表面有疏松的附着物等。

2．冲击腐蚀

当凝汽器铜管受到含有气泡或砂砾等异物水流的剧烈冲击时，会因铜管表面的保护膜局部遭到破坏，使这些部位产生腐蚀。这种腐蚀呈溃疡状，常常是一个个马蹄形的腐蚀坑，此种腐蚀叫做冲击腐蚀。其腐蚀坑冲着水流方向，此腐蚀易发生在凝汽器的冷却水入口端，因为在这里由于水的涡流作用，会发生气泡的冲击作用。

冲击腐蚀的发生主要和管内水的流速有关，不同的管材其耐冲击腐蚀的临界流速各不相同。

如果水中带有固体颗粒状杂质，它们能和气泡一样起到冲击作用，而使保护膜受到伤害，造成铜管的冲击腐蚀，但这种情况造成的腐蚀坑基本上是在管壁表面形成比较均匀的腐蚀坑点，但其不具有方向性。此种冲击腐蚀并不单纯是机械冲刷作用，而是机械冲刷和电化学作用共同造成的。

3．沉积腐蚀

由于冷却水中常含有一些泥沙、水生物及微生物，这些物质若不清除，则会在铜管内壁沉积，阻碍氧到达沉积物下的金属表面，这样一来，引起沉积物下的腐蚀。这种腐蚀常发生在水流缓慢的部分，因为这里容易造成水中杂质的沉积。

4.应力腐蚀

铜管在应力作用下，会引起应力腐蚀破裂，应力腐蚀有下列两种情况。

（1）在交变应力作用下（如凝结器铜管发生振动），使管内水剧烈摇动，压力的变化使管上的保护膜受到冲击而破坏，因而发生孔蚀，最后管子破裂，这叫做腐蚀疲劳。此种腐蚀的特征为裂缝是穿过晶粒的，易发生在铜管的中部，因为在这里振动最厉害。

（2）在拉伸应力的作用下，再加上水质有侵蚀性，时间一长便因腐蚀产生裂缝。在这种情况下，裂缝主要是沿晶粒边界发生的。实践证明，在应力存在的情况下，水中含有O₂、NH₃、CO₂等物质，是造成腐蚀裂缝的重要因素。

1．热点腐蚀

若在凝汽器的某个部位温度很高，如达到冷却水的沸点，则在此局部地区会引起铜管的严重腐蚀。

热点腐蚀是一种脱锌型的腐蚀，腐蚀点发生在晶粒和晶粒之间，管壁上的腐蚀点或腐蚀孔一般用肉眼就能看见。这种腐蚀在一般的凝汽器中不易发生，但是在有高温部分的特种凝汽器和加热器的进汽部位可能会发生热点腐蚀。

二、腐蚀的防止

引起凝汽器铜管腐蚀的原因有很多，防止措施主要有以下几种。

1．改进运行工况

（1）调整水质。在循环水泵入口前加装滤网，防止水中贝壳、木片等杂质进入冷却水系统，引起沉积物下腐蚀。若水中泥沙含量大时，应设置沉淀处理设备，消除泥沙引起的冲击腐蚀。冷却水pH值最好保持在7 ~ 8，防止铜管产生氨蚀。

（2）控制水流速度。铜管中水流速度不易过大或过小。过大易造成冲击腐蚀；过小会使杂物沉积，并促进脱锌腐蚀。

（3）防止铜管的剧烈振动。制造厂家应充分考虑设计因素，防止凝汽器铜管由于振动而产生腐蚀疲劳。

（4）消除铜管应力。对新安装铜管要进行退火处理，进行24h氨熏试验，消除其内应力。铜管与管板安装胀管时，要注意：①管板孔径与管子外径的差应为管子外径的1%以下；②胀口的长度不允许超过管板的厚度，一般为管板厚度的90%；③胀口不易太紧，胀口处铜管管壁厚的减小率应为3% ~ 5%，最大不超过10%；④胀管的顺序应从管板的外周向中心顺序胀，可以减小应力；⑤胀口或翻边应光滑，铜管应无裂纹和显著的切痕。

2．对冷却水进行缓蚀处理

在冷却水中加入缓蚀剂，使金属表面形成保护膜，抑制了金属的腐蚀。缓蚀剂因其成膜原理的不同而分为以下三种：在阳极形成一层具有钝化作用的金属氧化物，称为氧化膜型；缓蚀剂与水中某些离子相互结合，在金属表面形成一层难溶的沉积物，称为沉淀型；还有一种称为吸附型，它可吸附在金属表面，保护金属不遭受腐蚀。

常使用的缓蚀剂有以下几种：铬酸盐、聚磷酸盐、锌盐、膦酸盐、2－巯基苯并噻唑（MBT）、1，2，3－苯并三唑（BTA）、硫酸亚铁。

3．阴极保护法

由电化学腐蚀原理可知，在腐蚀电池中受到腐蚀的是阳极，阴极不会腐蚀。阴极保护就是利用这个原理，将被保护的设备做成一个电池中的阴极，这样一来，该设备就会受到保护。

但凝汽器铜管很长，很难将这样长的管段都做成阴极，所以阴极保护法实际所能做到的常常只是保护凝汽器两端的水室、管壁和管端。

阴极保护法有两种：

（1）牺牲阳极法。在凝汽器水室内安装一块电位低于被保护体的金属，如锌板、锌合金或纯铁。这样，此金属本身成为阳极，被保护的水室、管板和管端变成阴极。所以受蚀的是此阳极，故称为牺牲阳极法。

（2）外部电源法。此法为在凝汽器的水室内装入一个外加电极，将水室本体作为另一电极，外接直流电源。外加的电极接正极，水室接负极，则水室变成电解槽的阴极，受到保护。外部电源法大阳极材料，一般采用磁性氧化铁或铅合金。

4．加装套管

为了防止在凝汽器的冷却水入口端发生冲击腐蚀，可在这部分的铜管上加装一段套管，把铜管表面覆盖起来。套管必须紧贴管壁，否则会发生振动，反而引起腐蚀。这种套管可用塑料、尼龙、环氧树脂等材料制成，但是必须十分注意套管工艺和质量，否则在套管附近仍会发生冲击腐蚀损坏。

三、铜管材料及其选择

实践证明，由于选用的材料与冷却水水质不相适应，造成凝汽器铜管早期腐蚀泄漏的事故屡屡发生。为了防止凝汽器铜管腐蚀，合理选用材质是非常重要的一项工作。由于实际工作中，冷却水水质的不同，有的是海水，有的是淡水，同时又受到不同程度的污染，所以在各具体情况下，常存在着铜管的选材问题。

1．冷却水水质是选择管材的重要依据

根据水中各种成分对管材耐腐蚀性的影响程度，而合理地选择材质。选择铜管的材质主要依据的冷却水水质指标是：

（1）溶解固形物和氯离子含量，含量越高，腐蚀性越强；

（2）悬浮物及含沙量，是引起铜管冲击腐蚀和沉积物下局部腐蚀的重要因素；

（3）冷却水的污染程度，受污染的冷却水，会引起铜合金的溃蚀或应力腐蚀，尤其是对于铝黄铜管和白铜管，影响更严重。

水的污染程度，可用水中硫离子含量、氨含量、溶解氧含量、化学耗氧量四个指标来衡量。

2．铜管材料

（1）黄铜。它是铜与锌的合金，掺锌的目的主要是改变黄铜的机械强度。锌含量增高，其强度增高，塑性稍低但锌含量超过45%时，有可能使其机械性能变坏。

（2）锡黄铜。在H70黄铜基础上加约1%的锡所制成的黄铜称为锡黄铜（又称海军黄铜）。加锡的作用是防止铜管脱锌。但加砷对防止铜管脱锌效果更好。加砷量在0.02% ~ 0.10%的范围内，不能太高，也不能太低。加砷量小时，效果不明显；加砷量大时，使黄铜变脆，且会促进应力腐蚀。

（3）铝黄铜。由于铝形成氧化膜的能力很强，黄铜中加铝可使保护膜破坏后能很快地自动“修补”，因此，铝黄铜耐腐蚀的能力很强，但不耐脱锌腐蚀。为此，现又研制了加砷的铝黄铜管。

（4）白铜管。所谓白铜是指镍与铜的合金。现凝汽器空抽区选用的铜管，大都是此种管材，俗称B30（含镍量为29% ~ 30%，其余为铜）管。其具有良好的耐冲击腐蚀和耐氨蚀性能。

3．铜管的选择

（1）冷却水的含盐量≥2000mg/L时，视为海水，选用加砷铝黄铜管。若海水中的悬浮物和含沙量较高，可选用白铜管B30。

（2）水的含盐量＜2000mg/L时，视为淡水。当含盐量＜400mg/L、管内流速＜2m/s时，可选用加砷黄铜管；当含盐量＞400mg/L、管内流速＜2m/s时，可选用加砷锡黄铜管。

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