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冷卻水對不銹鋼管點(diǎn)蝕特性的影響

冷卻水本身的主要成分分為陰離子和陽離子兩大類,陰離子會在陽極溶解處聚集吸附,由于競爭吸附的原因,水中其它陰離子有可能阻礙Cl-不銹鋼管表面聚集吸附,如果某陰離子對不銹鋼管鈍化膜沒有破壞作用,則該陰離子就可能有緩蝕作用;如果某陰離子對不銹鋼管鈍化膜有破壞作用,則該陰離子就可能與Cl-一樣有腐蝕促進(jìn)作用。因此冷卻水中陰離子對不銹鋼管點(diǎn)蝕特性的影響是研究的重點(diǎn)。

冷卻水成分的影響

冷卻水中主要的陰離子有Cl-、SO42-、HCO3-NO3-,主要的陽離子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+。

鹵素離子是主要的侵蝕性離子,多數(shù)冷卻水中F-濃度低于1mg/L,沒有列入檢測項(xiàng)目,但是也有部分地區(qū)冷卻水中F-濃度可達(dá)幾個毫克/升以上,F-對凝汽器不銹鋼管點(diǎn)蝕影響的研究很少,尚未見到具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。溴離子有點(diǎn)蝕作用,冷卻水中一般沒有,加入含溴殺菌劑時(shí),應(yīng)作為水處理劑的影響來考慮。碘離子在冷卻水中幾乎沒有,可以不考慮。冷卻水的pH通常在6.5~8.5,HO-的濃度通常小于4×10-6mol/L,在此范圍內(nèi)對不銹鋼管點(diǎn)蝕電位影響較小,但是在較高濃度時(shí)(pH9~12)對不銹鋼管有較強(qiáng)的緩蝕作用。Cl-SO42-不銹鋼管點(diǎn)蝕影響的研究較多,已有結(jié)論:Cl-是最主要的腐蝕因子,SO42-不銹鋼管具有緩蝕性。因此本文主要研究陰離子F-HCO3-NO3-不銹鋼管點(diǎn)蝕性能的影響。點(diǎn)蝕電位的測試系統(tǒng)和方法見4.14.3.1

F-不銹鋼管點(diǎn)蝕性能的影響

Cl-75mg/L,SO42-75mg/L的水樣為基準(zhǔn)水樣,在該水樣中加入氟化鈉,F-濃度為6.7mg/L,溫度為40℃,測試304不銹鋼管在這2種水中的點(diǎn)蝕電位,試驗(yàn)結(jié)果見表5-3,方差分析和顯著性判斷見表5-4。

由表5-35-4可見,氟離子對不銹鋼管的點(diǎn)蝕電位的影響不顯著,沒有點(diǎn)蝕促進(jìn)作用。

NO3-不銹鋼管點(diǎn)蝕性能的影響

Cl-140mg/L的水樣為基準(zhǔn)水樣,在該水樣中加入不同濃度的硝鈉,實(shí)驗(yàn)溫度為40℃,測試304不銹鋼管在不同NO3-濃度水中的點(diǎn)蝕電位。試驗(yàn)研究成果見表5-5,第1組至第3組的方差分析和顯著性判斷見表5-6,第4組至第6組的方差分析和顯著性判斷見表5-7,第3組與第4組的方差分析和顯著性判斷見表5-8。

由表5-55-8可見,當(dāng)NO3-濃度≤37mg/L時(shí),NO3-濃度變化對304不銹鋼管的點(diǎn)蝕電位無顯著影響;當(dāng)NO3-濃度≥47mg/L時(shí),304不銹鋼管的點(diǎn)蝕電位陡然升高到1150mV左右,已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過氧平衡電位,此時(shí)NO3-濃度再升高,對點(diǎn)蝕電位也無影響。由此可以推斷,NO3-具有緩蝕作用,NO3-濃度有一個臨界值,當(dāng)NO3-濃度小于等于臨界值時(shí),NO3-不銹鋼管的點(diǎn)蝕電位無顯著影響;當(dāng)NO3-濃度大于臨界值時(shí),NO3-會使不銹鋼管點(diǎn)蝕電位大幅度陡然升高至氧平衡電位以上。

304不銹鋼管,NO3-濃度臨界值約為37~47mg/L。由于多數(shù)冷卻水中的NO3-濃度≤37mg/L,因此多數(shù)情況NO3-不銹鋼管的點(diǎn)蝕電位影響不大。有些再生水和污染水中的NO3-超過37mg/L。

HCO3-和陽離子對不銹鋼管點(diǎn)蝕性能的影響

取某城市自來水,做其全分析,檢測結(jié)果見表5-9。在去離子水中加入硫鈉和碳?xì)溻c配置成Cl-SO42-相同,而HCO3-濃度不同的配置水,配置水成分見表5-9。根據(jù)304不銹鋼管在這些水中的點(diǎn)蝕電位,分析比較HCO3-及其它離子對不銹鋼管點(diǎn)蝕性能的影響。試驗(yàn)溫度40℃,試驗(yàn)結(jié)果見表5-10,方差分析和顯著性判斷見表5-11至表5-13。

由表5-95-13可知,當(dāng)配置水中的Cl-、SO42-HCO3-濃度均與自來水相同時(shí),點(diǎn)蝕電位基本一樣,無顯著差異;當(dāng)配置水中的Cl-SO42-與自來水相同,而HCO3-濃度不同時(shí),點(diǎn)蝕電位不一樣,有非常顯著的差異;HCO3-可使不銹鋼管點(diǎn)蝕電位升高,有緩蝕作用;堿金屬陽離子Na+、K+和堿土金屬離子Ca2+Mg2+不銹鋼管點(diǎn)蝕電位無顯著影響。NO3-濃度為17.4mg/L,對不銹鋼管點(diǎn)蝕電位無顯著影響,此結(jié)果與5.2.1.2NO3-不銹鋼管點(diǎn)蝕性能的影響”中的結(jié)論一致。H+可直接參加腐蝕反應(yīng),是腐蝕性離子,但是冷卻水pH通常在6.5~8.5H+濃度極低,可不予考慮。高價(jià)離子Fe3+Cu2+有較強(qiáng)的點(diǎn)蝕作用,但是在冷卻水中這2種離子不能穩(wěn)定存在,或者濃度極低,也可以不考慮。

SO42-HCO3-不銹鋼管點(diǎn)蝕性能影響的比較

冷卻水中SO42-HCO3-濃度絕大多數(shù)在數(shù)十毫克/升以上,均是不可忽略的緩蝕性陰離子。如能知道它們各自的影響程度,則可按影響程度折算后合并考慮。用去離子水配置4Cl-濃度相同,HCO3-SO42-濃度的總和相同,而各自濃度不同的水樣,具體成分濃度見表5-14?紤]到遷移、吸附和電化學(xué)反應(yīng)與電荷的量有關(guān),故濃度用以氫離子為基本單元的毫摩爾濃度表示,即用[H+]mmol/L表示。分別測量304不銹鋼管在不同配置水中的點(diǎn)蝕電位。根據(jù)點(diǎn)蝕電位測量結(jié)果,定量比較它們對不銹鋼管的緩蝕效果。試驗(yàn)溫度35℃,試驗(yàn)研究成果見表5-15,方差分析和顯著性判斷見表5-16。

根據(jù)表5-145-16,相等濃度的SO42-HCO3-不銹鋼管點(diǎn)蝕電位的影響相同,這樣在做選材點(diǎn)蝕電位試驗(yàn)時(shí),可將HCO3-換算成SO42-,去掉一個影響變量,會大大減少試驗(yàn)工作量。

冷卻水溫度的影響

以浙江某內(nèi)陸電廠循環(huán)冷卻水為試驗(yàn)介質(zhì),測試316L不銹鋼管電極和現(xiàn)代鐵素體不銹鋼管SSF-4電極在該廠循環(huán)冷卻水樣中40℃和45℃時(shí)的點(diǎn)蝕電位,點(diǎn)蝕電位的測試系統(tǒng)和方法見4.14.3.1。當(dāng)冷卻水Cl-濃度為520mg/LSO42-濃度為400mg/L時(shí),316L不銹鋼管的點(diǎn)蝕電位見表5-17,方差分析和顯著性判斷見表5-18。當(dāng)冷卻水Cl-濃度1030mg/LSO42-濃度790mg/L時(shí),SF-4鐵素體不銹鋼管的點(diǎn)蝕電位見表5-19,方差分析和顯著性判斷見表5-20。

由表5-175-18可知,溫度對不銹鋼管點(diǎn)蝕電位有顯著影響。該冷卻水的pH值約為8,用式(4-3)可以算得氧平衡電位約為514mV。溫度升高5℃,使316L不銹鋼管的點(diǎn)蝕電位下降了99mV,從原來比氧平衡電位高27mV,降到了比氧平衡電位低72mV。在電廠冷卻水溫度范圍內(nèi),隨著溫度升高,耐點(diǎn)蝕性能下降。文獻(xiàn)定量研究了在熱網(wǎng)水中55~85℃范圍內(nèi)316L不銹鋼管點(diǎn)蝕電位Eb與溫度t之間的關(guān)系,認(rèn)為:1)在55~81.4℃范圍內(nèi),隨著溫度t不斷升高,Eb不斷下降,但是下降速度在不斷減。2)但是在81.4~85℃范圍內(nèi)隨著溫度t的升高,Eb稍有下降;3)溫度的影響大于氯離子濃度。

由表5-195-20可知,當(dāng)不銹鋼管點(diǎn)蝕電位遠(yuǎn)超過氧平衡電位時(shí),點(diǎn)蝕電位對溫度的變化不敏感。此結(jié)果再次證明試驗(yàn)冷卻水中對點(diǎn)蝕電位的主要影響因子時(shí),不銹鋼管在試驗(yàn)水樣中的點(diǎn)蝕電位必須在一個合適的范圍,即有一個符合要求的基準(zhǔn)水樣,否則會得出錯誤的結(jié)論。

本章小結(jié)

本章通過分析和點(diǎn)蝕電位試驗(yàn),提出了“基準(zhǔn)水樣”概念,通過“基準(zhǔn)水樣”和方差分析較全面的鑒別了對選材有顯著影響的冷卻水成分,得出如下結(jié)論:判別冷卻水某個成分或因素是不是對不銹鋼管點(diǎn)蝕特性有顯著影響時(shí),作為比較基準(zhǔn)的不銹鋼管在試驗(yàn)水樣中的點(diǎn)蝕電位Eb應(yīng)在300~800mV范圍內(nèi),符合此條件的水樣就是“基準(zhǔn)水樣”;鶞(zhǔn)水樣的成分可以變化,但需準(zhǔn)確可靠,可優(yōu)先選用純水加分析純氯化鈉和硫鈉配制,而點(diǎn)蝕電位的范圍不變。如果預(yù)計(jì)某個成分有緩蝕性時(shí)取中間稍低值;如果預(yù)計(jì)某個成分有侵蝕性時(shí)取中間稍高值;無法預(yù)計(jì)時(shí)取中間值。不銹鋼管材料不同時(shí),基準(zhǔn)水樣的成分也不同,例如304改成316L后,點(diǎn)蝕電位會增高,因此基準(zhǔn)水樣的侵蝕性應(yīng)比304基準(zhǔn)水樣高,即增加氯離子,或減少硫根,但Eb應(yīng)仍然在300~800mV范圍內(nèi)。

F-、Na+K+、Ca2+Mg2+不銹鋼管的點(diǎn)蝕特性無顯著影響。選材時(shí)不能忽略HCO3-NO3-的影響。HCO3-使不銹鋼管點(diǎn)蝕電位明顯升高,有緩蝕作用。等氫摩爾濃度的SO42-HCO3-不銹鋼管點(diǎn)蝕電位的影響大致相同,可以將HCO3-濃度折算成SO42-濃度,合并考慮它們對點(diǎn)蝕電位的影響。NO3-濃度有一個臨界值,當(dāng)NO3-濃度小于等于臨界值時(shí),NO3-不銹鋼管的點(diǎn)蝕電位無顯著影響;當(dāng)NO3-濃度大于臨界值時(shí),NO3-會使不銹鋼管點(diǎn)蝕電位大幅度陡然升高至氧平衡電位以上。304不銹鋼管NO3-濃度臨界值約為37~47mg/L。選材導(dǎo)則[6]中沒有明確考慮HCO3-NO3-濃度的影響,應(yīng)該修改。

文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|小口徑厚壁鋼管-浙江至德鋼業(yè)有限公司

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