海水腐蚀以及循环水腐蚀
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水环境下腐蚀
1. 海水腐蚀与海洋设施防护
海水的组成和性质
海水近似看做3%或3.5%的氯化钠溶液。 几乎含有地壳中所有的自然状态的元素。 海水的pH值在7.2 8.6，呈微碱性。海 水的温度在 –2 ~ 35C之间。 海水导电性强 海水中含氧量大，表层海水可以认为被 氧饱和。随温度变化，氧的含量在5 ~ 10mg/L范围。
P99
5. 循环冷却水的腐蚀和水质稳定技术
循环冷却水的流程和参数
循环冷却水是指反复循环使用的冷却水。 有密封式和敞开式两种，而以敞开式应用 较多。 循环冷却水的流程 ： 循环冷却水的水平衡为 M=E+D+B+F
冷却水
E
W
T2
冷却塔
M
B
T1
循环泵
T1
热交
换器
R：循环水量
E：蒸发水量 B：排放水量
• 水质稳定剂
为了解决循环冷却水的腐蚀、结垢和微生 物危害三个方面的问题，需要加入具有缓 蚀、阻垢和杀菌几种功能的化学药剂。所 用药剂称为水处理剂或水质稳定剂。 （1）缓蚀剂 在近中性的循环冷却水中，缓蚀剂的作用 在于组成或稳定金属表面的保护膜。
（2）阻垢剂
阻垢剂起分散作用，以阻止传热面上结 垢。使用的有： 天然聚合物，如璜化木质素，丹宁。 合成聚合物，如聚丙烯酸 、聚马来酸 有机膦酸盐这是一类既有缓蚀作用又有 极好阻垢作用的化学药剂。如羟基乙叉 二磷酸(HEDP)
• 水质稳定技术 腐蚀和结垢的控制 :对冷却水的腐蚀和 结垢倾向，一般用饱和指数来判断和控 制。 对碳酸钙结垢，常用朗格利指数(可记 为LSI)。碳酸钙在水冷器管壁上沉积， 一方面有抑制金属腐蚀的作用，另一方 面又会影响传热。水中碳酸钙是否沉积， 取决于下面的反应 CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)
全浸区 潮汐区
美 国 耐 海 水 钢 Mariner
4.3
海水流速 m/s 腐蚀率 g/m2.n
碳钢腐蚀率与海水流速的关系
海水流 速 M/S 腐蚀率 g/m2.n
海泥区 Mainer钢 碳钢
4.9 5.5
0 1.5 3
0.125 0.46 0.67
4.5 6 7.5
0.75 0.79 0.81
冷 却
Hale Waihona Puke Baidu结 垢
水 腐 蚀
循环冷却水腐蚀、结垢和沁泥的后果
• 水质稳定技术
针对腐蚀、结垢和微生物危害这三个方面 的问题对循环冷却水进行综合处理，称为 水处理技术，习惯上叫做水质稳定技术。
•
循环冷却水的结垢
污垢可分为两大类：水垢和污泥。 水垢是指水中无机盐在金属表面沉积所形 成的垢层，如碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙、 氢氧化镁，硅垢等。 污泥是水中悬浮物质发生沉积所形成的垢 层。 污泥是表面很滑的粘胶状物体，不含污泥 的水垢一般比较硬、厚且致密，但污泥 中总会含有各种无机盐沉淀和微生物。
2
朗格利饱和指数的定义是
LSI = (pH)a – (pH)S 用(pH)S表示在水的使用温度下，当CaCO3和 Ca(HCO3) 2之间反应达到平衡、CaCO3达到饱 和状态时水的pH值，(pH)a表示该温度下水的 实际pH值。 当LSI = 0，为稳定型水； LSI > 0，为结垢型水； LSI < 0，为腐蚀型水。 对循环冷却水，根据使用经验，要求将LSI控 制在0.5 ~ 2.5(最好在1左右)。
海水腐蚀的影响因素
盐度
PH 碳酸盐饱和度 氧含量 温度 流速 生物性因素的影响
• 船舶和海洋设施的保护
（1）材料
低合金海水用钢与碳钢的比较
环 境 腐 蚀 速 度 (mm/y) 低合金钢 海洋大气区 飞溅区 潮差区 0.04 0.05 0.1 0.15 0.1 碳 钢 0.2 0. 5 0.3 0. 5 0. 1 注意 电偶 腐蚀 问题
(3)杀菌(或称杀生)剂
氯气应用广泛，杀菌效果好，价格低。 Cl2 + H2O = HCl O+ HCl 其他杀菌剂还有：次氯酸钠，漂白粉，氯 酚类，季铵盐有机锡化合等。在高pH值和 含氨等污染物的水中，二氧化氯的杀菌效 果也很好。
海水腐蚀
海水的主要成分
离子 ClSO42CO3BrFBO33浓度％0 18.98 2.65 0.14 0.09 0.002 0.3 离子 Na+ Mg2+
Ca +
2
飞溅区
浓度 ％0 0.56 1.27 20.40 0.88 0.01
K+ Sr2+
距 试 样 上 端 距 离 （ 米 ）
0.6 1.2 1.8 2.4 3.1 3.7
6.1
与 碳 钢 的 试 验 结 果 （ 九 年 暴 露 ）
6
5
4
3
2
• 海水腐蚀的特点
(1)
(2) (3)
(4)
由于海水导电性好，腐蚀电池中的欧姆电阻 很小，因此异金属接触能造成阳极性金属发 生显著的电偶腐蚀破坏。 海水中含有大量氯离子，容易造成金属钝态 局部破坏。 碳钢在海水中发生吸氧腐蚀，凡是使氧极限 扩散电流密度增大的因素，如充气良好，流 速增大，都会使碳钢腐蚀速度增大。 海洋环境的腐蚀分为几个区域
M：补充水量
W：飞溅水量
冷却塔的水平衡
循环冷却水的特点
(1)
在流经冷却塔时受到剧烈搅动，使水中溶解 的空气大量增加，循环冷却水为氧所饱和。 增加了循环冷却水的腐蚀性。 循环冷却水多次重复使用，水中含盐量增高， 导电性增大；难溶盐类如碳酸钙、硫酸钙、 等的浓度增大，容易在传热面上结垢。 循环冷却水的温度在30º C 40º C，加上日 光和水中高浓度的营养成分(氮、磷、钾)， 有利于微生物的滋生繁殖——微生物危害。
工业用水的腐蚀
冷却水
冷却水
商
品
需水量
水的吨数／每吨商品
60 8000 130 10~15 210~625 60~75 80~145 15 750~830
工业酒精 铝 合成氨 汽油 纸浆 苏打粉 钢 钢硫酸(100%) 粘胶丝
转引自
冷 却 水 腐 蚀
«Process
Lndustries
conosion »
(2)
(3)
• 循环冷却水的腐蚀
金属材料在循环冷却水中主要发生吸氧腐蚀。主 要结构材料是碳钢和奥氏体不锈钢，其中关键设 备是冷却器。水冷器的腐蚀形态有： 缝隙腐蚀 电偶腐蚀 应力腐蚀 细菌腐蚀
热交换器的严重结垢情况
管道内壁严重结垢情况
冷却水
热交换器效率下降
热交换器穿孔池漏 材质强度下降 热交换器堵塞 泵输水压力上升，流量减少 促进腐蚀 冷却塔效率下降 补充水耗量增加 污 泥 腐 蚀
海洋大气区 对于海洋大气的防腐方法，目前世界各国采用最多的是涂刷防腐涂料，如油 性涂料、水溶性涂料、氯化橡胶、环氧沥青、乙烯系涂料。特别是无机富锌底漆 上再涂厚膜涂料的方法在国外应用较多。 浪花飞溅区 热喷涂金属（锌铝及其合金和不锈钢）覆盖层在海洋浪花飞溅区的应用，必 须要注意增加金属覆盖层的厚度，施加长效优质封闭涂料，施加 重防蚀涂层。 包敷防腐绷带，缠绕防腐绷带大多是由涂底漆、缠绕绷带、最后安装加强外套等 三部分组成。 潮差区 选用重防蚀涂层加阴极保护联合防腐，应该说是比较合理的保护方法，它发 挥了两种保护技术的优势：在无水的情况下，涂层起到了保护作用；而在有水时， 涂层又使得钢基体的电位快速极化到阴极保护电位，从而提高了该区域的保护效 果。 海水全浸区和海泥区 在这两个区带可以单独采用阴极保护，包括牺牲阳极阴极保护和外加电流阴 极保护；也可以实施涂层和阴极保护联合防腐。
海洋腐蚀环境一般分为海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、 海水全浸区和海泥区五个腐蚀区带。有三个腐蚀峰值，一个 峰值发生在平均高潮线以上的浪花飞溅区，是钢铁设施腐蚀 最严重的区域，也是最严峻的海洋腐蚀环境。这是因为在这 一区域海水飞溅、干湿交替，氧的供应最充分，同时，光照 和浪花冲击破坏金属的保护膜，造成腐蚀最为强烈，年平均 腐蚀率为0.2～0.5毫米；第二个峰值通常发生在平均低潮线 以下0.5～1.0米处，因其溶解氧充分、流速较大、水温较高、 海生物繁殖快等，年平均腐蚀率为0.1～0.3毫米；第三个峰 值是发生在与海水海泥交界处下方，由于此处容易产生海泥/ 海水腐蚀电池，年腐蚀率为0.03～0.07毫米。
全浸区
海泥区
0.15 0.2
0.06
0.2 0. 25
0. 1
（2）设计和施工 在选材、设计和施工中要避免造成电偶腐蚀和缝 隙腐蚀。与高流速海水接触的设备(泵、推进器、 海水冷却器等)要避免湍流腐蚀和空泡腐蚀 （3）涂料保护 （4）阴极保护 阴极保护与涂料联合应用是最有效的防护方法。 现在海洋船舶、军舶普遍采用这种防护方法。
1. 海水腐蚀与海洋设施防护
海水的组成和性质
海水近似看做3%或3.5%的氯化钠溶液。 几乎含有地壳中所有的自然状态的元素。 海水的pH值在7.2 8.6，呈微碱性。海 水的温度在 –2 ~ 35C之间。 海水导电性强 海水中含氧量大，表层海水可以认为被 氧饱和。随温度变化，氧的含量在5 ~ 10mg/L范围。
P99
5. 循环冷却水的腐蚀和水质稳定技术
循环冷却水的流程和参数
循环冷却水是指反复循环使用的冷却水。 有密封式和敞开式两种，而以敞开式应用 较多。 循环冷却水的流程 ： 循环冷却水的水平衡为 M=E+D+B+F
冷却水
E
W
T2
冷却塔
M
B
T1
循环泵
T1
热交
换器
R：循环水量
E：蒸发水量 B：排放水量
• 水质稳定剂
为了解决循环冷却水的腐蚀、结垢和微生 物危害三个方面的问题，需要加入具有缓 蚀、阻垢和杀菌几种功能的化学药剂。所 用药剂称为水处理剂或水质稳定剂。 （1）缓蚀剂 在近中性的循环冷却水中，缓蚀剂的作用 在于组成或稳定金属表面的保护膜。
（2）阻垢剂
阻垢剂起分散作用，以阻止传热面上结 垢。使用的有： 天然聚合物，如璜化木质素，丹宁。 合成聚合物，如聚丙烯酸 、聚马来酸 有机膦酸盐这是一类既有缓蚀作用又有 极好阻垢作用的化学药剂。如羟基乙叉 二磷酸(HEDP)
• 水质稳定技术 腐蚀和结垢的控制 :对冷却水的腐蚀和 结垢倾向，一般用饱和指数来判断和控 制。 对碳酸钙结垢，常用朗格利指数(可记 为LSI)。碳酸钙在水冷器管壁上沉积， 一方面有抑制金属腐蚀的作用，另一方 面又会影响传热。水中碳酸钙是否沉积， 取决于下面的反应 CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)
全浸区 潮汐区
美 国 耐 海 水 钢 Mariner
4.3
海水流速 m/s 腐蚀率 g/m2.n
碳钢腐蚀率与海水流速的关系
海水流 速 M/S 腐蚀率 g/m2.n
海泥区 Mainer钢 碳钢
4.9 5.5
0 1.5 3
0.125 0.46 0.67
4.5 6 7.5
0.75 0.79 0.81
冷 却
Hale Waihona Puke Baidu结 垢
水 腐 蚀
循环冷却水腐蚀、结垢和沁泥的后果
• 水质稳定技术
针对腐蚀、结垢和微生物危害这三个方面 的问题对循环冷却水进行综合处理，称为 水处理技术，习惯上叫做水质稳定技术。
•
循环冷却水的结垢
污垢可分为两大类：水垢和污泥。 水垢是指水中无机盐在金属表面沉积所形 成的垢层，如碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙、 氢氧化镁，硅垢等。 污泥是水中悬浮物质发生沉积所形成的垢 层。 污泥是表面很滑的粘胶状物体，不含污泥 的水垢一般比较硬、厚且致密，但污泥 中总会含有各种无机盐沉淀和微生物。
2
朗格利饱和指数的定义是
LSI = (pH)a – (pH)S 用(pH)S表示在水的使用温度下，当CaCO3和 Ca(HCO3) 2之间反应达到平衡、CaCO3达到饱 和状态时水的pH值，(pH)a表示该温度下水的 实际pH值。 当LSI = 0，为稳定型水； LSI > 0，为结垢型水； LSI < 0，为腐蚀型水。 对循环冷却水，根据使用经验，要求将LSI控 制在0.5 ~ 2.5(最好在1左右)。
海水腐蚀的影响因素
盐度
PH 碳酸盐饱和度 氧含量 温度 流速 生物性因素的影响
• 船舶和海洋设施的保护
（1）材料
低合金海水用钢与碳钢的比较
环 境 腐 蚀 速 度 (mm/y) 低合金钢 海洋大气区 飞溅区 潮差区 0.04 0.05 0.1 0.15 0.1 碳 钢 0.2 0. 5 0.3 0. 5 0. 1 注意 电偶 腐蚀 问题
(3)杀菌(或称杀生)剂
氯气应用广泛，杀菌效果好，价格低。 Cl2 + H2O = HCl O+ HCl 其他杀菌剂还有：次氯酸钠，漂白粉，氯 酚类，季铵盐有机锡化合等。在高pH值和 含氨等污染物的水中，二氧化氯的杀菌效 果也很好。
海水腐蚀
海水的主要成分
离子 ClSO42CO3BrFBO33浓度％0 18.98 2.65 0.14 0.09 0.002 0.3 离子 Na+ Mg2+
Ca +
2
飞溅区
浓度 ％0 0.56 1.27 20.40 0.88 0.01
K+ Sr2+
距 试 样 上 端 距 离 （ 米 ）
0.6 1.2 1.8 2.4 3.1 3.7
6.1
与 碳 钢 的 试 验 结 果 （ 九 年 暴 露 ）
6
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• 海水腐蚀的特点
(1)
(2) (3)
(4)
由于海水导电性好，腐蚀电池中的欧姆电阻 很小，因此异金属接触能造成阳极性金属发 生显著的电偶腐蚀破坏。 海水中含有大量氯离子，容易造成金属钝态 局部破坏。 碳钢在海水中发生吸氧腐蚀，凡是使氧极限 扩散电流密度增大的因素，如充气良好，流 速增大，都会使碳钢腐蚀速度增大。 海洋环境的腐蚀分为几个区域
M：补充水量
W：飞溅水量
冷却塔的水平衡
循环冷却水的特点
(1)
在流经冷却塔时受到剧烈搅动，使水中溶解 的空气大量增加，循环冷却水为氧所饱和。 增加了循环冷却水的腐蚀性。 循环冷却水多次重复使用，水中含盐量增高， 导电性增大；难溶盐类如碳酸钙、硫酸钙、 等的浓度增大，容易在传热面上结垢。 循环冷却水的温度在30º C 40º C，加上日 光和水中高浓度的营养成分(氮、磷、钾)， 有利于微生物的滋生繁殖——微生物危害。
工业用水的腐蚀
冷却水
冷却水
商
品
需水量
水的吨数／每吨商品
60 8000 130 10~15 210~625 60~75 80~145 15 750~830
工业酒精 铝 合成氨 汽油 纸浆 苏打粉 钢 钢硫酸(100%) 粘胶丝
转引自
冷 却 水 腐 蚀
«Process
Lndustries
conosion »
(2)
(3)
• 循环冷却水的腐蚀
金属材料在循环冷却水中主要发生吸氧腐蚀。主 要结构材料是碳钢和奥氏体不锈钢，其中关键设 备是冷却器。水冷器的腐蚀形态有： 缝隙腐蚀 电偶腐蚀 应力腐蚀 细菌腐蚀
热交换器的严重结垢情况
管道内壁严重结垢情况
冷却水
热交换器效率下降
热交换器穿孔池漏 材质强度下降 热交换器堵塞 泵输水压力上升，流量减少 促进腐蚀 冷却塔效率下降 补充水耗量增加 污 泥 腐 蚀
海洋大气区 对于海洋大气的防腐方法，目前世界各国采用最多的是涂刷防腐涂料，如油 性涂料、水溶性涂料、氯化橡胶、环氧沥青、乙烯系涂料。特别是无机富锌底漆 上再涂厚膜涂料的方法在国外应用较多。 浪花飞溅区 热喷涂金属（锌铝及其合金和不锈钢）覆盖层在海洋浪花飞溅区的应用，必 须要注意增加金属覆盖层的厚度，施加长效优质封闭涂料，施加 重防蚀涂层。 包敷防腐绷带，缠绕防腐绷带大多是由涂底漆、缠绕绷带、最后安装加强外套等 三部分组成。 潮差区 选用重防蚀涂层加阴极保护联合防腐，应该说是比较合理的保护方法，它发 挥了两种保护技术的优势：在无水的情况下，涂层起到了保护作用；而在有水时， 涂层又使得钢基体的电位快速极化到阴极保护电位，从而提高了该区域的保护效 果。 海水全浸区和海泥区 在这两个区带可以单独采用阴极保护，包括牺牲阳极阴极保护和外加电流阴 极保护；也可以实施涂层和阴极保护联合防腐。
海洋腐蚀环境一般分为海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、 海水全浸区和海泥区五个腐蚀区带。有三个腐蚀峰值，一个 峰值发生在平均高潮线以上的浪花飞溅区，是钢铁设施腐蚀 最严重的区域，也是最严峻的海洋腐蚀环境。这是因为在这 一区域海水飞溅、干湿交替，氧的供应最充分，同时，光照 和浪花冲击破坏金属的保护膜，造成腐蚀最为强烈，年平均 腐蚀率为0.2～0.5毫米；第二个峰值通常发生在平均低潮线 以下0.5～1.0米处，因其溶解氧充分、流速较大、水温较高、 海生物繁殖快等，年平均腐蚀率为0.1～0.3毫米；第三个峰 值是发生在与海水海泥交界处下方，由于此处容易产生海泥/ 海水腐蚀电池，年腐蚀率为0.03～0.07毫米。
全浸区
海泥区
0.15 0.2
0.06
0.2 0. 25
0. 1
（2）设计和施工 在选材、设计和施工中要避免造成电偶腐蚀和缝 隙腐蚀。与高流速海水接触的设备(泵、推进器、 海水冷却器等)要避免湍流腐蚀和空泡腐蚀 （3）涂料保护 （4）阴极保护 阴极保护与涂料联合应用是最有效的防护方法。 现在海洋船舶、军舶普遍采用这种防护方法。