工业水处理培训循环水的腐蚀及其控制剖析

冷却水系统的腐蚀及控制

目录1、金属腐蚀的基本知识

2、循环冷却水系统的腐蚀因素

3、循环冷却水系统的腐蚀控制（缓蚀）

1、金属腐蚀的基本知识

由于和周围介质相作用，使材料（通常是金属）遭受破坏或使材料性能恶化的过程称为腐蚀。腐蚀是一种电化学过程，通过腐蚀，一种金属可以恢复到原来自然的状态。例如：铁的腐蚀过程即是由铁回复到赤铁矿（FeO）,磁铁矿（Fe a C4）的状态。

1.1全面腐蚀和局部腐蚀

在水中金属的腐蚀是电化学腐蚀，电化学腐蚀分为全面腐蚀和局部腐蚀。全面腐蚀即均匀腐蚀，腐蚀在金属表面上基本均匀地进行。这种腐蚀不易造成穿孔，腐蚀产物氧化铁可以在整个金属表面上形成，在一定的情况下有保护作用，但也可能形成严重的污垢。当腐蚀集中于金属表面的某些部位时，称为局部腐蚀。局部腐蚀的速度很快，往往在早期就可以使材料腐蚀穿孔或龟裂，所以危害性很大。垢下腐蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀等均属局部腐蚀。全面腐蚀的阴阳极并不分离，阴极面积等于阳极面积，阴极电位等于阳极电位。局部腐蚀的阴极阳极互相分离，阴极面积大于阳极面积，但阳极电位小于阴极电位，腐蚀产物无保护作用。

1.2金属腐蚀的电化学过程，碳钢在冷却水中的腐蚀机理

金属的腐蚀电化学反应实际是这样的过程：首先是在溶液中的金属释放自由电子（通常把释放自由电子的氧化反应称为阳极反应）自由电子传递到阴极（接

受电子的还原反应称为阴极反应）；电子再由阴极传递到溶液中被其他物质吸收。因此腐蚀过程是一个发生在金属和溶液界面上的多相界面反应，同时也是一个多

步骤的反应。由以上叙述中可以看出，一个腐蚀过程至少由一个阳极（氧化）反应一个阴极（还原）反应组成。碳钢在冷却水中的腐蚀是一个电化学过程。由于碳钢组织表面的不均匀性，因此，当它浸入水中时，在其表面就会形成许多微小的腐蚀电池。其腐蚀过程如下：

在阳极：Fe—Fe2++ 2e

在阴极：Q+ 2H2O+4c—40H

在水中：Fe2+ + 2Q4 Fe（QH）2

阳极区域Fe不断失去电子，变成离子进入溶液，也即铁不断被溶解腐蚀，留下的电子，通过金属本体移动到阴极渗碳体的表面，与水和溶解在水中的Q起

反应生成QH离子。在水中，阴、阳极反应生成的Fe2 +与QH相遇即生成不溶性的白色Fe(OH).沉淀，堆积在阴极部位。铁的表面不再和水直接接触，这就抑制了阳极过程的进行。但当水体中有溶解氧时，阴极部位的反应还要继续进行下去，因Fe(OH)2这

种物质极易被氧化为Fe(OH)，即铁锈。由于铁锈基本不溶于水，所以只要水中不断有Q溶入，这种腐蚀电池的共轭反应也就不断进行。换言之，也就是碳钢的腐蚀会不断的进行下去。

上述腐蚀电池中，阳极氧化反应和阴极还原反应必须同时进行，如果其中一个反应被停止，则整个反应就会停止，故称之为共轭反应。因此，如能设法控制住其阴极过程或阳极过程，则整个腐蚀过程也就会相应的得到控制。反之，如果在阳极不断除去Fe"或在阴极表面不断充分供给Q,则共轭反应也就会加速进行，也即腐蚀过程变快。因此，采取不同的方式控制其阴极或阳极过程，就是控制水系统腐蚀的各种方法的依据。

1.3极化和去极化作用

金属腐蚀过程中，电流在阳极部位和阴极部位间流动，这说明阳极部位和阴极部位间有电位差。由于腐蚀反应过程中生成的原子态氢和氢气覆盖在阴极表面，产生了与腐蚀电位相反的电压称之谓氢气的超高压，使电压差变小，阻止了

电流的流动也就是阻止了腐蚀过程的进行。这种由于反应生成物所引起的电位差变小称为极化。氢气在腐蚀过程中起了极化作用，极化作用起了抑制腐蚀过程的作用。

当水中有溶解氧存在时，阴极反应按下式进行：

2F2+O=2HO或Q+HO+2e=2O-H

由于氧参加了反应，夺走了覆盖在阴极表面上的原子态氢和氢气，因而使氢气的极化作用遭到破坏。排除极化的作用称为去极化，氧在腐蚀过程中起了去极化作用，去极化作用起了助长腐蚀过程的作用。

1.4电偶腐蚀

很多生产装置是用不同的金属或合金制造而成，这些材料也是互相接触的。由于不同金属间存在着电位差异，在水溶液(电介质)中形成电偶电池。较活泼的金属电位较负是阳极，腐蚀速度要比未偶合时高；电位较正的金属是阴极受到保护，腐蚀速度下降或停止。在系统中，常见的电偶腐蚀有铁和黄铜、铁和不锈钢、铝和钢、以及锌和黄铜等，不论是在哪种情况下，都是前一种金属遭受腐蚀。

1.5氧浓差腐蚀电池

氧浓差腐蚀电池是金属在水中腐蚀时最普遍、危害最大，但又是最难防治的一种腐蚀电池。氧浓差电池是介质浓度影响阴极反应而产生电位差。最常见的氧

浓差电池有两种类型，一种是在不同深度的水中由于溶解氧浓度不同造成氧浓度梯度

而产生氧浓差电池，如水线腐蚀；另一种则是冷却水系统中最常见，也是危险最大的垢下腐蚀或叫做沉积物腐蚀。在沉积物下面形成缝隙区，在这些缝隙区的溶液中，氧要得到补充是非常困难的；而缝隙外的金属表面上的溶液，氧的供应很充分，因而缝隙外是富氧区一一阴极，而缝隙区则是贫氧区一一阳极。缝隙区形成的氧浓差电池造成的腐蚀部位在缝隙之内，或在沉积物下面。

1.6缝隙腐蚀

所谓缝隙腐蚀是金属表面被覆盖部位在某些环境中产生局部腐蚀的一种型式。大量热交换器的腐蚀穿孔，其中最主要的原因是垢下的腐蚀一一缝隙腐蚀的一种类型。

缝隙腐蚀的产生要有两个条件：一是要有危害性阴离子（如Cl-）存在；二是要有滞留的缝隙。作为一个腐蚀部位，缝隙要宽到足够能使液体进入，但又要窄到能保持一个滞留区。一般认为宽度在几千分之一英寸（0.025mm以下就会导致腐蚀，宽度在1/8英寸（0.3mm以上腐蚀很少产生。

1.7点蚀

点蚀过去有称为坑蚀、孔蚀，但现成比较统一的叫点蚀。点蚀是一种特殊的局部腐蚀，导致在金属上产生小孔若用P表示腐蚀孔的深度，d表示腐蚀孔的宽度，当P/d < 1时称为局部腐蚀；当P/d>1时称为点蚀。产生点蚀的原因主要是水中离子或粘泥在金属表面产生沉积，这些沉积物覆盖在金属表面使水中溶解氧和缓蚀剂不能扩散到金属表面上，从而造成局部腐蚀。水中Cl-对点蚀也有影响，点蚀经常发生在热交热器的高温区和流速缓慢发生沉积的部位，增加水的流速有

利于氧的扩散，有利于钝化膜的修补，而且亦可带走小孔上的沉积物，有利于控制点蚀的发生。

点蚀是潜伏性和破坏性最大的一种腐蚀类型。点蚀都是大阴极小阳极，有自催化特性。小孔内腐蚀，使小孔周围受到阴极保护。孔越小，阴、阳极面积比越大，穿孔越快。点蚀发生有时往往是在材料的一侧开始，在另一侧扩大穿孔，使

得检测很困难。由于点蚀极强的破坏性，现在已愈来愈引起人们的重视。

1.8不锈钢的应力腐蚀开裂

不锈钢的应力腐蚀开裂是指不锈钢在应力和腐蚀的共同作用下引起的开裂。金属在制造过程中往往处于应力状态，因而会在垂直于应力的方向开裂。高温、高氯化物浓度及其腐蚀条件的存在，都会促使应力腐蚀开裂。因此，应力腐蚀开裂是电化学