海淡水系統(tǒng)中的腐蝕與防護

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海淡水系統(tǒng)中的腐蝕與防護

　　海淡水系統(tǒng)中的腐蝕與防護【1】

　　摘要：淡化海水在運行過程中，由于溶解氧、促進腐蝕性離子的存在，以及微生物的繁殖，均會對系統(tǒng)金屬產(chǎn)生腐蝕。

　　本文分析了腐蝕破壞在海淡水系統(tǒng)中的作用機理;提出了解決腐蝕破壞現(xiàn)象的防腐蝕技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：雙膜法;淡化海水;腐蝕機理;防腐蝕措施

　　天津作為一個海濱城市，擁有極其豐富的海水資源。

　　而淡水資源嚴(yán)重不足，人均淡水資源占有量僅為153立方米，加上引灤水人均也只有370立方米，是全國平均水平的1/7。

　　針對這一現(xiàn)狀，以及“沿海工業(yè)企業(yè)，特別是電力、化工、石化等高用水企業(yè)應(yīng)優(yōu)先利用海水替代淡水作為冷卻水，用海水淡化水工業(yè)鍋爐除鹽水”的要求;天津某化工廠利用海水淡化水作為工業(yè)循環(huán)冷卻水水源，較好解決了淡水資源嚴(yán)重不足的情況。

　　海水淡化，又稱海水脫鹽，是一種從海水中獲取淡水的過程，實現(xiàn)海水淡化的一種方法是從海水中把淡水取出來，再一種方法是從海水中將鹽分取出來。

　　前者主要有蒸餾法(包括多級閃蒸(MSF)和多效蒸餾(MED))、反滲透(RO)、冷凍法、水合物法和溶劑萃取法等，后者有離子交換法、電滲析法(ED)、電容吸附法和壓滲法等。

　　其中反滲透法有著無相變過程，能耗低;工程投資及造水成本較低;裝置緊湊，占地較少;操作簡單，維修方便等特點，該化工廠即采用此法淡化海水作為循環(huán)冷卻水。

　　1 淡化海水腐蝕性

　　由于淡化海水中Ca2+、Mg2+等離子在前處理中已經(jīng)幾乎完全去除，導(dǎo)致淡化海水中硬度及堿度極低，而氯離子含量相對較高，屬于極低硬度、堿度水質(zhì)，此種水質(zhì)的腐蝕性極強。

　　試驗用海水淡化水的主要化學(xué)成分見表1。

　　根據(jù)朗格利爾(Langelier)飽和指數(shù)

　　L.S.I = pH- pHS=-2.5<0

　　雷茲納(Ryz nar)穩(wěn)定指數(shù)

　　R.S.I=2pHs-pH=9.5>6

　　氯離子含量為175.26mg/L，此水具有強腐蝕性。

　　為了對水質(zhì)的腐蝕性和結(jié)垢性進行控制，必須要有一個能評價水質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性的指標(biāo)體系，以便對水質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性進行鑒別，從而采取相應(yīng)的穩(wěn)定性控制措施。

　　常用的水質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性的判別指數(shù)有：飽和指數(shù)、穩(wěn)定指數(shù)、結(jié)垢指數(shù)和臨界pH值結(jié)垢指數(shù)等。

　　表2對淡化海水做了具體的水質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定的判斷。

　　通過對淡化海水水質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性的判定，同樣可以看出，此海水淡化水為嚴(yán)重腐蝕性水，對輸水管道和使用設(shè)備有著嚴(yán)重地腐蝕威脅，必須進行合適的防腐蝕措施。

　　2 淡化海水腐蝕機理

　　淡化海水在運行過程中，由于溶解氧、促進腐蝕性離子的存在，以及微生物的繁殖，均會對系統(tǒng)金屬產(chǎn)生腐蝕。

　　2.1溶解氧腐蝕

　　循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運行過程中，水與空氣能夠充分接觸，因此水中含有較高濃度的溶解氧。

　　另外，由于碳鋼表面的不均勻性和溶解氧的去極化作用，使碳鋼和水構(gòu)成了熱力學(xué)的不穩(wěn)定體系，從而產(chǎn)生了氧化還原的電化學(xué)腐蝕。

　　碳鋼中的不同組分-石墨、滲碳體和鐵素體間的電位差成為微腐蝕電池的推動力。

　　這是一個同一金屬不同組分間的腐蝕電池，陽極、陰極彼此相連，不用導(dǎo)線自發(fā)進行。

　　又由于這個電池很微小，無法分清陰陽極，可以把整個金屬看成陽極，也可看成陰極，整個腐蝕十分均勻，故稱自發(fā)均勻的微腐蝕電池。

　　陽極：

　　陰極：

　　在水中：

　　2.2促進腐蝕氯離子—引起的腐蝕

　　由于海淡水中氯離子相對較高，形成氯化物、硫酸鹽等的濃度也會增加，從而加速金屬的腐蝕。

　　它們的存在，能使金屬表面保護膜的保護性能降低，尤其是Cl-的離子半徑小，穿透性強，容易穿透保護膜層，加速陽極腐蝕過程，使氧腐蝕加速，引起點蝕。

　　2.3微生物引起的腐蝕

　　微生物排出的粘液與垢和泥沙等雜物形成沉積物附著在金屬表面，發(fā)生垢下腐蝕;另一方面，由于沉積物的存在，使一些厭氧微生物得以繁殖而對金屬產(chǎn)生腐蝕。

　　如硫酸鹽還原菌，當(dāng)溫度為25℃～30℃時，繁殖更快，它分解水中的硫酸鹽，產(chǎn)生H2S，引起碳鋼腐蝕，微生物腐蝕機理如下：

　　陰極反應(yīng)：

　　陽極反應(yīng)：

　　(水的電解)

　　(吸附于金屬表面)

　　二次腐蝕反應(yīng)：

　　細菌腐蝕總反應(yīng)為：

　　硫酸鹽還原菌的腐蝕現(xiàn)象看起來與H2S腐蝕很相近。

　　但硫酸鹽還原菌的腐蝕危害程度更為嚴(yán)重，因為它的腐蝕一般為垢下腐蝕，更容易形成閉塞腐蝕電池而使管線、設(shè)備發(fā)生局部腐蝕而穿孔。

　　3 防腐蝕技術(shù)在淡化海水系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　3.1提高應(yīng)用淡化海水系統(tǒng)的PH值

　　水系統(tǒng)PH值的高低直接影響金屬的腐蝕速度，隨著水PH值的增加，水中氫離子的濃度降低，金屬腐蝕過程中氫離子去極化的陰極反應(yīng)受到抑制，金屬表面特別是碳鋼表面生成氧化性保護膜的傾向增大，故冷卻水對碳鋼的腐蝕性隨其PH值的增加而降低。

　　對于金屬腐蝕速度的影響往往取決于該金屬的氧化物在水中的溶解度對PH值的依賴關(guān)系。

　　碳鋼設(shè)備在低pH值時就腐蝕的快一些，而在高pH值時就腐蝕的慢一些，因此適當(dāng)提高系統(tǒng)PH值對海淡水系統(tǒng)防腐蝕非常重要。

　　該化工廠在應(yīng)用淡化海水的系統(tǒng)中投加堿性原料作為PH值調(diào)節(jié)劑，從而達到適當(dāng)提高水系統(tǒng)PH值的目的;進而降低淡化海水對整個系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕作用。

　　3.2添加緩蝕劑

　　緩蝕劑是一種以適當(dāng)?shù)臐舛群托问酱嬖谟诮橘|(zhì)(環(huán)境)中，可以防止或降低腐蝕的物質(zhì)或復(fù)合物。

　　對于一定的金屬腐蝕介質(zhì)體系，只要在腐蝕介質(zhì)中加入少量的緩蝕劑，就能有效的降低該金屬的腐蝕速度。

　　而緩蝕劑之所以能夠降低金屬的腐蝕速度，主要是其在金屬的表面形成一層致密的保護膜，阻止了腐蝕的進行。

　　根據(jù)緩蝕劑在保護金屬過程中所形成的保護膜的類型，其可以分為氧化膜型緩蝕劑、沉淀膜型緩蝕劑和吸附膜型緩蝕劑。

　　而要作為冷卻水的緩蝕劑必須要具備一定的條件：首先就是添加緩蝕劑的方案和其他方案相比，在經(jīng)濟上是比較合算的。

　　其次，其排放和經(jīng)處理后的排放在環(huán)境保護上是允許的。

　　最后，就是它與冷卻水中存在的各種物質(zhì)都是相容的。

　　在冷卻水運行的PH值范圍內(nèi)(6.0～9.0)有較好的緩蝕作用。

　　該化工廠通過對淡化海水性質(zhì)進行深入研究，與國內(nèi)知名水處理公司合作公關(guān);并在大量實驗室試驗的基礎(chǔ)上，制定出適合淡化海水冷卻水系統(tǒng)應(yīng)用的技術(shù)方案，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)循環(huán)水水質(zhì)指標(biāo)、投加優(yōu)良的緩蝕劑以及高效的分散劑，從而確保系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕控制在合理標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。

　　應(yīng)用方案在現(xiàn)場近兩年的應(yīng)用數(shù)據(jù)指標(biāo)可以看出，系統(tǒng)監(jiān)測部分的腐蝕速率控制在1mpy以內(nèi)，相關(guān)設(shè)備在進行局部檢修時并未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕破壞現(xiàn)象，淡化海水系統(tǒng)的防腐蝕控制方案是比較得當(dāng)?shù)摹?/p>

　　3.3采用特殊材質(zhì)的管道

　　淡化海水對碳鋼、不銹鋼、鋁的局部腐蝕較嚴(yán)重，可以使用耐海淡水腐蝕的材質(zhì)，或者從管道材質(zhì)上使介質(zhì)不接觸碳鋼、不銹鋼或鋁等。

　　前者有HDPE鋼骨架復(fù)合管，PPR管等，后者有襯塑鋼管、涂塑鋼管、襯四氟鋼管等。

　　襯塑鋼管是以普通碳素鋼作為基體內(nèi)襯化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良的熱塑性塑料，經(jīng)冷拉復(fù)合或滾塑成型，它既有鋼管的機械性能，又有塑性管的耐腐蝕性，緩結(jié)垢，不易生長微生物。

　　該化工廠襯塑鋼管運行兩年多來，顯示出很好的耐腐蝕性。

　　多種防腐蝕技術(shù)綜合運用，海淡水系統(tǒng)設(shè)備目前運行穩(wěn)定。

　　綜上所述，淡化海水技術(shù)有效解決沿海淡水不足的同時，對防腐蝕工作提出更高的要求。

　　我們將繼續(xù)探索，將先進、有效地防腐蝕技術(shù)運用到海淡水循環(huán)水系統(tǒng)之中。

　　參考文獻

　　[1]王蘭化.二十一世紀(jì)初期天津市水資源供需分析及對策探討[J].地質(zhì)調(diào)查與研究，2005(3).

　　[2]芮光雨.項目決策分析與評價[M].中國計劃出版社，2012(115).

　　[3]林玉珍，楊德鈞.腐蝕和腐蝕控制原理[M].中國石化出版社，2010(2)，355.

　　閉路循環(huán)水系統(tǒng)系統(tǒng)腐蝕與防護方案設(shè)計【2】

　　摘要：通過對閉路循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕機理、腐蝕防護必要性的闡述，最后提出對閉路循環(huán)冷卻水的水處理方案。

　　關(guān)鍵詞：循環(huán)水腐蝕防護

　　一、前言：

　　閉路循環(huán)水系統(tǒng)通常在一次填充后，在沒有補充明顯數(shù)量水的情況下運轉(zhuǎn)較長時間。

　　閉路循環(huán)水系統(tǒng)既可以加熱，又可以用于冷卻。

　　在閉路循環(huán)水系統(tǒng)中，通常通過輔助的開放式冷卻物流或強制通風(fēng)將熱量散失，理論上水是沒有損失的，但在實際應(yīng)用中通常會由于在蒸發(fā)器、密封和閥門等處有泄漏而導(dǎo)致水的損失。

　　二、閉路循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕機理

　　閉路循環(huán)水系統(tǒng)實際應(yīng)用過程中通常的溫度變化在5～8℃，存在著腐蝕、結(jié)垢和微生物繁殖的問題。

　　1、腐蝕：

　　腐蝕電池的建立基于以下幾種情況：

　　(1)、水中溶解氧反應(yīng)

　　在閉路系統(tǒng)內(nèi)，通常由于系統(tǒng)需要補充水，氧便隨補充水從泵、閥門等進入系統(tǒng)，水中溶解氧存在，就會發(fā)生氧腐蝕，氧會由于發(fā)生腐蝕而非�？斓南牡�。

　　(2)、異金屬的耦合

　　當(dāng)不同金屬存在時，由于它們的電位差不同而導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕。

　　而在閉路循環(huán)水系統(tǒng)合金往往會存在，不同的金屬間就會發(fā)生電偶腐蝕。

　　(3)、濃度差電池

　　在電解液中不同兩點的電解質(zhì)濃度差異會加速腐蝕。

　　這種差異主要體現(xiàn)在裂縫處或垢下的金屬表面，好的設(shè)計應(yīng)當(dāng)使裂縫的影響減少到最小，另外適當(dāng)?shù)乃幚頃肝锏拇嬖凇?/p>

　　2、水垢

　　理論上，在實際的閉路循環(huán)水系統(tǒng)，水垢的形成因素非常少，以至于它們對設(shè)備表面沒有明顯的影響。

　　然而在一些補充較多水的系統(tǒng)，一些額外的水垢會隨補充水的增加而不斷積累，比例會越發(fā)明顯。

　　這種情形在較高熱的物流系統(tǒng)會很快發(fā)生結(jié)垢，嚴(yán)重時導(dǎo)致停車。

　　正是由于這個原因，大多數(shù)閉路循環(huán)水系統(tǒng)都加注水垢抑制劑來預(yù)防此類問題的發(fā)生。

　　3、其它垢物

　　典型的閉路循環(huán)水垢物包括：腐蝕副產(chǎn)品，泥沙，切割油脂，混合物，建筑碎片，工藝側(cè)污染物，烴和鑄造油脂，很多垢物都是系統(tǒng)新建時的殘留物、隨補充水帶入的污染物、工藝泄漏物以及較差的腐蝕控制。

　　4、微生物繁殖

　　微生物繁殖變得嚴(yán)重主要基于以下原因：補充水帶入較多氧、碎屑和營養(yǎng)物而有利于菌體培養(yǎng);工藝泄漏可提供大量的養(yǎng)分。

　　許多采用與大氣接觸的儲罐或由空氣從密封處泄漏，因此氧會接近于飽和。

　　微生物的問題能夠引起結(jié)垢、腐蝕和傳熱損失。

　　三、閉路循環(huán)水系統(tǒng)水處理的必要性

　　不經(jīng)過處理的閉路水系統(tǒng)都有比較嚴(yán)重的腐蝕和微生物的問題，目前閉路水項目都要求進行處理，經(jīng)過處理后可以解決閉路水存在問題，對設(shè)備進行保護，達到如下目的。

　　1、提高設(shè)備運行的穩(wěn)定性

　　解決了腐蝕結(jié)垢和微生物等問題，會使設(shè)備在穩(wěn)定的狀態(tài)下運行，可以減少操作的波動，減少維護的費用，進而降低運行成本。

　　2、延長設(shè)備使用壽命

　　減少腐蝕，可以大大延長設(shè)備的使用壽命，經(jīng)過處理后，腐蝕速率大約可以減少到原來的1/3，由腐蝕影響的蝕設(shè)備壽命可以提高三倍。

　　3、設(shè)備清潔提高冰機效率

　　通過對腐蝕、微生物和生物粘泥的處理，可以使設(shè)備表面清潔，提高熱交換效率，進而提高冰機的效率。

　　4、節(jié)省補充水

　　不經(jīng)過處理的閉路水系統(tǒng)，經(jīng)常會因為腐蝕和微生物問題，造成系統(tǒng)總鐵或濁度偏高，必須進行排水置換，耗費大量的補充水。

　　經(jīng)過處理后可以很好的解決腐蝕和微生物問題，減少補充水的消耗量。

　　5、減少工藝介質(zhì)泄漏避免生產(chǎn)事故發(fā)生

　　存在腐蝕的冷凍水系統(tǒng)，有時會由于腐蝕造成工藝介質(zhì)大量泄漏至冷凍水中，造成生產(chǎn)事故，除了全部排污置換外還會造成裝置停工，損失巨大。

　　經(jīng)過處理后，可以避免由于水側(cè)腐蝕造成的泄漏等生產(chǎn)事故。

　　6、節(jié)省能源

　　冰機系統(tǒng)排放的水，都是經(jīng)過冰機降溫處理之后的水，水的成本很高，因為腐蝕和微生物等問題造成的不必要排水，會直接損失大量的水和電能，經(jīng)過處理后可以解決腐蝕和微生物等問題，進而節(jié)約大量的能源。

　　四、閉路循環(huán)水系統(tǒng)處理技術(shù)方案介紹

　　1、閉路冷凍水系統(tǒng)現(xiàn)狀：

　　目前遼陽石化尼龍廠閉路冷凍水系統(tǒng)，系統(tǒng)容積250 m3，系統(tǒng)循環(huán)量500 m3/h，主要材質(zhì)為碳鋼、不銹鋼、銅。

　　PH： 7.02 Fe ： 5.1ppm 濁度： 33 ppm，在現(xiàn)場檢修時發(fā)現(xiàn)腐蝕非常嚴(yán)重，必須通過水處理技術(shù)控制腐蝕與結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生。

　　2、閉路水系統(tǒng)運行目標(biāo)：

　　依據(jù)工業(yè)循環(huán)水處理標(biāo)準(zhǔn)：碳鋼腐蝕速率<0.075mm/a 不銹鋼腐蝕速率<0.005mm/a 細菌總數(shù)<10000個/ml

　　3、處理方案：

　　3.1 水系統(tǒng)

　　3.1.1系統(tǒng)清洗：裝置停車檢修開工運行對循環(huán)閉路系統(tǒng)要徹底清洗以除去施工或運行時留下的焊渣，泥土，銹熘、油脂等。

　　針對5℃水系統(tǒng)目前的情況，應(yīng)做一下簡單的化學(xué)清洗，具體如下：

　　在清洗時一次性加殺菌劑50 Kg(濃度為200ppm)，分散劑50 Kg(濃度為200ppm)，循環(huán)運行24 小時，排污置換，置換后水質(zhì)指標(biāo)應(yīng)達到總鐵含量小于0.5 mg/L，濁度小于0mg/l。

　　3.1.2、預(yù)膜和正常運行

　　清洗結(jié)束后，注入脫鹽水并投加緩蝕阻垢劑，提高碳鋼、不銹鋼、銅抗腐蝕的能力，同時對雜質(zhì)有分散功能，可以保證換熱設(shè)備表面清潔，避免結(jié)垢從而保證換熱效率。

　　初始投加濃度為5L/M3，按現(xiàn)場條件勻速投加，測定系統(tǒng)中緩蝕阻垢劑濃度為1500-2000ppm。

　　由于現(xiàn)場閉路水系統(tǒng)有可能出現(xiàn)水損失情況，需要補充藥劑。

　　保持這種濃度運行72小時，為達到最佳控制效果，預(yù)膜結(jié)束后需要進行排水置換，在排水置換過程監(jiān)測緩蝕阻垢劑濃度，當(dāng)濃度小于750ppm時，同時監(jiān)測系統(tǒng)總鐵和濁度，如果此時總鐵<0.5ppm，濁度<10FAU，可以停止排污轉(zhuǎn)入正常運行。

　　如果此時總鐵>0.5ppm，濁度>10FAU，需要繼續(xù)排污置換，待總鐵和濁度達到指標(biāo)時，停止排污置換，再進行補加緩蝕阻垢劑，監(jiān)測緩蝕阻垢劑濃度大于620ppm，維持這種藥劑濃度正常運行。

　　3.1.3、細菌控制

　　每個月投加2-3次殺菌劑，投加濃度為150-200mg/L(視細菌總數(shù)而定)，按現(xiàn)場條件勻速投加，控制細菌總數(shù)及因細菌而引起的生物粘泥問題。

　　4、控制參數(shù)

　　系統(tǒng)以脫鹽水為補充水。

　　由于系統(tǒng)是閉路式的，與外界無接觸，正常情況下，該閉路循環(huán)水系統(tǒng)基本上是穩(wěn)定的。

　　藥劑濃度的變化取決于系統(tǒng)的泄漏及補充水的情況。

　　系統(tǒng)的密閉情況越好，泄漏越小，則藥劑濃度下降越慢，藥劑消耗也就越少。

　　為達到最佳的處理效果，必須將運行參數(shù)控制在以下的范圍內(nèi)：控制指標(biāo)：PH>8.5總鐵含量 <2ppm(超過需排水置換)，緩蝕阻垢劑濃度 >620ppm 。

　　參考文獻：

　　[1] 《金屬腐蝕學(xué)》國防工業(yè)出版社出版，2002年9月第一次印刷

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