关于循环水腐蚀问题的初步探讨与研究
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【摘要】循环水系统在运行中主要有三个问题：腐蚀、结垢和细菌滋生。尤其是腐蚀问题，腐蚀如果控制不好，会使换热器管束变薄，降低设备及管线使用寿命，腐蚀产物（铁锈）会使循环水浊度和总铁升高，并会导致系统细菌滋生。为了控制腐蚀需要了解循环水腐蚀的机理找出应对措施。
【关键词】腐蚀;预防措施
一、腐蚀机理
（一）溶解氧存在的电化学腐蚀
循环水系统一般采用的是敞开式循环水系统。水和空气直接接触，因此水中的溶解氧含量很高，为电化学腐蚀提供了基础。电化学腐蚀主要是阳极金属（铁）失电子，阴极得电子，在阳极区，碳钢氧化成亚铁离子进入水中，并在金属基体上留下2个电子，同时水中的溶解氧则在阴极区接受这两个电子，还原成氢氧根，这两个电极反应可以表示为：
阳极区：Fe=Fe2++2e 阴极区：1/2O2+2e+H2O=2OH-
当亚铁离子和氢氧根在水中相遇时就会生成Fe（OH）2沉淀。如果水中氧充足，可进一步氧化成铁锈。
（二）微生物腐蚀
微生物腐蚀主要是指水中的一些细菌具有腐蚀性。如铁细菌常在水管内壁附着生长，形成结瘤，能把水中溶解的亚铁氧化成高铁形式，形成氧差电池腐蚀管道。硫氧化菌、硫酸盐还原菌能够能还原硫酸盐为硫化物，产生以对系统进行腐蚀，一些产生粘液的细菌、真菌以及某些藻类和原生动物，都可引起金属腐蚀。
另外，微生物附着在换热器管壁上，会分泌粘液（也就是生物粘泥），会将水中的泥沙、铁锈、油类物质等吸附在上面形成污垢，在污垢下面會形成局部阳极和局部阴极而发生腐蚀。
（三）腐蚀性离子的腐蚀
循环水中由于加氯的原因氯根相对较高，因此阴离子腐蚀主要是氯根腐蚀，而且由于氯离子由于孔径小能够穿透金属表面的氧化膜和金属结合导致点蚀发生，点蚀沿着重力方向进行，会造成换热器穿孔泄漏，尤其是对不锈钢材质腐蚀更加严重。蚀坑内金属表面处于活态，电位较负;蚀孔外金属表面处于钝态，电位较正，于是孔内和孔外构成了一个钝态微电偶腐蚀电池。
蚀坑内主要发生阳极溶解反应：
Fe→Fe2++2e
Cr→Cr3++3e
Ni→Ni2++2e
蚀坑外在中性或弱碱性条件下发生的主要反应：
1/2O2+H2O+2e→2OH-
孔内介质相对孔外介质呈滞流状态，溶解的金属阳离子不易往外扩散，溶解氧亦不易扩散进来。由于孔内金属阳离子浓度的增加，带负电的氯离子向孔内迁移以维持电中性，在孔内形成金属氯化物（如FeCl2等）的浓缩溶液，这种富集氯离子的溶液可使孔内金属表面继续维持活性。又由于氯化物水解等原因，孔内介质酸度增加，使阳极溶解速度进一步加快，随着腐蚀的进行，孔口介质的pH值逐渐升高，水中的可溶性盐如Ca（HCO3）2将转化为CaCO3沉淀，结果锈层与垢层一起在孔口沉积形成一个闭塞电池，这样就使孔内外物质交换更困难，从而使孔内金属氯化物更加浓缩，最终蚀孔的高速深化可把金属断面蚀穿。
二、腐蚀的预防措施
（一）加缓蚀阻垢剂
可以通过添加缓蚀剂和调节pH值的方法控制腐蚀。以循环水场常用的磷系缓蚀剂配方为例，该系缓蚀剂的缓蚀机理是磷系药剂与水中的Ca2+和作为缓蚀剂而加入的Zn2+结合，在碳钢表面形成以磷酸钙为主体的不溶性盐的薄膜而起到缓蚀作用。另外，其中的磷酸酯与金属表面的铁反应生成了不溶性的磷酸铁，附着在金属表面，形成了保护膜，阻止了环烷酸和铁的反应，形成油溶性的环烷酸铁，由于Fe-P问高的键合强度，使得生成的络合物非常稳定。
（二）控制pH值
适当上调pH值采用碱性冷却水处理，随着pH值的升高，水中的氢离子浓度降低，碳钢表面生成氧化性保护膜的倾向增加，故冷却水对碳钢的腐蚀性随着pH值的增加而降低。
（三）控制细菌总数含量
由于循环水中的细菌很多属于产酸菌会对系统产生腐蚀，并且细菌的新陈代谢会生成粘泥和系统的泥沙、水垢等结合导致换热器堵塞，并阻碍了循环水药剂到达换热器管线表面，产生严重的垢下腐蚀。如果一个系统细菌严重滋生，那么，肯定会加剧系统腐蚀倾向，而且会使系统恶化因此必须控制循环水细菌总数，细菌总数应控制在1.0×105个/mL以内。
三、循环水系统目前防止腐蚀的做法
（一）投加缓蚀剂控制pH值及碱度
在循环水系统日常运行中，通过控制缓蚀剂浓度和系统的pH值及碱度达到蚀缓目标，在系统刚刚进行完清洗预膜时，由于系统基本未浓缩，此时是系统腐蚀最关键的时期。因此，将正磷控制到12～14mg/L，碱度在100～120mg/L，pH值在7.8～7.9之间，腐蚀速率合格。随着系统的浓缩，循环水的腐蚀问题减弱，结垢倾向增加，通过调整数据，正磷控制到10～12mg/L，碱度在50～70mg/L，pH值在7.4～7.7之间。如果系统发生泄漏，增加缓蚀剂的投加浓度，在泄漏调整期间将正磷控制到12～16mg/L，控制腐蚀加剧。
（二）控制细菌总数
目前一般采用日常投加氧化性杀菌剂氯气控制余氯和冲击投加非氧化性杀菌剂（异噻唑啉酮类和季铵盐类等）的方法控制细菌总数低于1.0×105个/mL，通过加剥离剂，增加氯气投加量，将余氯控制0.5mg/L以上，同时增加杀菌剂投加浓度并增加固体氯等杀菌剂等方法降低细菌总数，防止由于细菌过度滋生造成腐蚀。
（三）控制腐蚀离子的含量
冷却水中的氯根、硫酸根等活性离子能破坏碳钢表面的钝化膜，增加腐蚀反应的阳极反应，引起金属的局部腐蚀。尤其是氯离子还会造成系统的点蚀，是破坏性和隐患性最大的腐蚀之一，尤其是在补充高氯根的回用水条件下循环水系统氯根在1000mg/L以上，最高甚至达到1600mg/L更易产生点蚀，因此必须控制氯离子含量，目前水处理药剂条件下氯离子含量不宜超过1300mg/L，过高时应考虑排水降低氯根。
四、结论
从以上分析可以看出，在日常水质控制中，通过调整缓蚀剂和控制pH值及碱度以及控制细菌总数等方法，可以达到较好控制循环水对管线和换热设备的腐蚀问题。
参考文献：
[1]周本省.工业水处理技术[M].化学工业出版社，2010.
[2]金溪，项成林，齐冬子.工业水处理技术问答[M].化学工业出版社，2010.
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