循环冷却水腐蚀.docx
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循环冷却水腐蚀
循环冷却水中不同水质背景下微生物对典型金属腐蚀的对比研究
王婧
（北京建筑工程学院、环境与能源学院、市政工程，北京，100044）
摘要：
再生水回用于电厂循环冷却水的过程中，对金属管道的腐蚀不容忽视。
本文主要以北京某热电厂循环冷却水为背景，研究在不同水质背景下对碳钢、黄铜和不锈钢三种金属的腐蚀效果。
通过静态挂片实验，定期取样，用湿重法和失重法计算粘附率和腐蚀率。
关键词：
再生水；循环冷却水；金属材质；腐蚀；粘附
Comparativestudyofmicroorganismsunderdifferentwatercirculatingcoolingwaterbackgroundtypicalmetalcorrosion
WangJing
（BeijingConstructionEngineeringCollege,SchoolofEnvironmentandEnergy,MunicipalEngineering,Beijing,100044）
Abstract：
Reclaimedwaterreuseforpowerplantcoolingwater,corrosionofmetalpipescannotbeignored.Inthispaper,thecontextofathermalpowerplantcirculatingcoolingwater,andtostudytheeffectofdifferentwaterqualityinthecontextofthecorrosionofcarbonsteel,brass,andstainlesssteelmetal.Staticcouponexperiment,periodicsampling,theadhesionrateandthecorrosionratecalculatedusingthewetweightmethodandweightlossmethod.
Keywords:
reclaimedwater；circulatingcoolingwater；metalmaterial；corrosion；conglutinate
引言
再生水是指污水经适当处理后，达到一定的水质指标，满足某种使用要求，可以进行有益使用的水。
和海水淡化、跨流域调水相比，再生水具有明显的优势。
从经济的角度看，再生水的成本最低，从环保的角度看，污水再生利用有助于改善生态环境，实现水生态的良性循环。
再生水可回用于地下水回灌用水，工业用水，农、林、牧业用水，城市非饮用水，景观环境用水等。
其中，再生水回用于工业用水，经济效益较高，因为工业用水之后还可以用于农业或补充水源。
工业循环冷却水对水质要求不高，用再生水做循环冷却水比较经济合理。
国内外对再生水用于循环冷却水的已越来越重视，我国从1986年开始对污水回用技术的研究，已经有再生水用于循环冷却水的工程实例，但技术水平和利用率与发达国家相比仍有差距。
美国、英国和南非等国家已经有很多实际应用。
再生水虽然已经得到处理，但在循环水系统中也会产生严重的结垢、腐蚀等问题。
本实验主要研究在不同水质背景下对不锈钢、碳钢、黄铜三种金属腐蚀影响的研究。
1实验内容
1.1再生水和循环水水质研究
实验设计为四种水质背景，用巴氏灭菌法制取的无菌水、以浓缩法模拟3倍循环冷却水和加营养物质的循环冷却水。
营养物质成分为0.02g/L葡萄糖、蛋白胨和0.15g/L磷酸氢二钾和硫酸镁，分别加入三倍和五倍营养物质于循环冷却水中。
主要对再生水和循环冷却水的水质进行分析。
采用CM-05多参数水质测定仪、ATP荧光检测仪、pH计和电导率仪测定水质指标。
1.2腐蚀挂片实验
将三种金属挂片（50mm×25mm×2mm）20#碳钢、HSn70-1A黄铜和304不锈钢悬挂于装有水样的烧杯中。
每种金属材质放入9个挂片，包括一个备用挂片。
实验周期为15天，温度35℃。
在第0天、第1天、第2天、第3天、第5天、第7天、第11天、第15天取出挂片，冷冻干燥后进行扫描电镜观察表面腐蚀程度，然后洗净腐蚀产物，计算粘附率及失重法测挂片平均腐蚀速率。
金属挂片如图1-1，使用前用丙酮擦洗，再用蒸馏水冲洗，马上浸入无水乙醇中浸泡片
图1-1碳钢、黄铜、不锈钢腐蚀挂片
刻后冷风吹干，用滤纸包好，放置24小时后称重（m0）待用。
取出挂片后用滤纸吸干多余水分，称重，为腐蚀后挂片质量（m1），其中碳钢腐蚀最明显，图1-2为腐蚀较明显的无菌水及循环冷却水中碳钢挂片表面。
图1-2碳钢挂片腐蚀后
挂片称重后冷冻干燥。
1.2.1粘附率
以mg/cm2•月表示挂片粘附速率mcm，计算公式如下：
式中m1—挂片实验后的重量，g；
m2—挂片实验后去除污垢后的重量，g；
A—挂片表面积，cm2；
T—试验时间，d。
1.2.2失重法测腐蚀速率
挂片年腐蚀速率的计算以mm/a表示挂片年腐蚀速率B，计算公式如下：
式中B—年腐蚀速率，mm/a；
m0—挂片实验前重量，g；
m2—挂片实验后去除污垢后的重量，g；
A—挂片表面积，cm2；
T—试验时间，d；
D—金属密度，g/cm3（碳钢：
7.85，黄铜：
8.65，不锈钢：
7.92）；
K—系数，3650。
2实验结果及分析
2.1水质分析
2.1.1再生水水质分析
再生水取自于北京某热电厂再生水管网末端，为保证水质不发生变化，取水后冷藏保存。
水质参数如表1-1。
表1-1再生水水质指标
水质指标
参数
水质指标
参数
水质指标
参数
pH
7.30
总磷（mg/L）
0.121
总铁（ug/L）
0.218
电导率（ms/cm）
1.4
硫酸盐（mg/L）
91.68
ATP（RLU）
16747
总硬度（mmoL/L）
6.37
氨氮（mg/L）
0.186
COD（mg/L）
9.144
氯离子（mg/L）
166.1
再生水各项水质指标均符合《循环冷却水再生水水质标准》HG/T3923-2007的水质要求。
1.1.2循环冷却水水质
实验室通过蒸发浓缩模拟3倍循环冷却水，以电导率的数值控制，当电导率是再生水电导率的3倍时就可以取出冷藏待用。
表1-2循环冷却水水质指标
水质指标
参数
水质指标
参数
水质指标
参数
pH
8.3
总磷（mg/L）
0.434
总铁（ug/L）
0.061
电导率（ms/cm）
4.3
硫酸盐（mg/L）
375.4
ATP（RLU）
47892
总硬度（mmoL/L）
9.03
氨氮（mg/L）
0.529
COD（mg/L）
60.09
氯离子（mg/L）
536.7
循环冷却水各项水质指标均符合《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007的要求。
循环冷却水pH值比再生水偏大，循环冷却水总磷、硫酸盐、ATP值、氨氮、氯离子值较再生水指标增大3倍左右，COD值升高6倍左右，总铁值下降3倍左右。
循环冷却水管道中首先要考虑
、
和
的影响，高浓度的
和
都会与
在蚀孔内产生高浓度的
与
，水解产生高浓度的
，使得孔内局部呈强酸性，发生析氢腐蚀，从而引起系统的点蚀，加大腐蚀危害。
本实验中的再生水中
达到500mg/L以上，
为375mg/L左右，都是对金属造成腐蚀的重要因素。
的浓度很小，不会对腐蚀造成太大的影响。
2.2不同水质下三种金属粘附率
2.2.1无菌水中三种金属粘附率
图2-1无菌水中三种金属粘附率对比
无菌水中三种金属粘附率为碳钢>黄铜>不锈钢。
均在第2天减小后又增大，最后趋于平稳。
碳钢在第11天粘附率最大0.0192mg/cm2·月，第15天粘附率最小0.0005mg/cm2·月。
黄铜基本稳定在0.004mg/cm2·月左右，不锈钢在前5天粘附率较大，最大可达到0.0077mg/cm2·月，最后平稳在0.002mg/cm2·月左右。
2.2.2循环冷却水中三种金属粘附率
图2-2循环冷却水中三种金属粘附率对比
循环冷却水中粘附率碳钢>黄铜>不锈钢。
碳钢粘附率前5天稳定在0.008mg/cm2·月左右，后逐渐增大，在第11天达到最大0.0245mg/cm2·月。
黄铜粘附率在第2天减小后又增大，然后逐渐减小，第15天最小0.0013mg/cm2·月。
不锈钢粘附率基本0.005mg/cm2·月左右，在第5天开始逐渐减小。
2.2.3加三倍营养物质水中三种金属粘附率
图2-3加三倍营养物质水中三种金属粘附率对比
加三倍营养物质水中金属粘附率碳钢>不锈钢>黄铜。
碳钢粘附率第1天最大0.0078mg/cm2·月，然后逐渐减小，第11天最小0.0013mg/cm2·月，到第15天又有增大的趋势。
不锈钢粘附率变化趋势与碳钢相似，第1天最大0.0044mg/cm2·月，到第11天逐渐减小到0.0012mg/cm2·月，随后有很小的增大趋势。
黄铜粘附率也是在第1天最大0.0049mg/cm2·月，逐渐减小到第5天最小0.0001mg/cm2·月，然后又逐渐增大。
2.2.4加五倍营养物质水中三种金属粘附率
图2-4加五倍营养物质水中三种金属粘附率对比
加五倍营养物质水中金属粘附率碳钢>不锈钢>黄铜。
碳钢粘附率逐渐增大，第1天最小0.0026mg/cm2·月，第15天最大0.0074mg/cm2·月。
不锈钢粘附率在第2天增大后逐渐减小到0.001mg/cm2·月，第15天突然增大到0.0071mg/cm2·月。
黄铜粘附率变化成M型，在第2天和第11天出现峰值，第2天最大为0.0029mg/cm2·月，最小值在第5天0.0007mg/cm2·月。
2.3不同水质下三种金属腐蚀率
2.3.1无菌水中三种金属腐蚀率
图2-5无菌水中三种金属腐蚀率对比
无菌水中三种金属腐蚀率碳钢>黄铜>不锈钢。
碳钢腐蚀率变化成M型，在第5天、第11天出现峰值，第11天最大0.2151mm/a，在第2天出现腐蚀率减小，最小值在第15天0.009mm/a。
黄铜腐蚀率从第1天最大0.1462mm/a后逐渐减小，第15天最小0.0059mm/a。
不锈钢腐蚀率较小，曲线较平缓，第2天最大0.0165mm/a，第15天最小0.0008mm/a。
2.3.2循环冷却水中三种金属腐蚀率
图2-6循环冷却水中三种金属腐蚀率对比
循环冷却水中三种金属腐蚀率碳钢>黄铜>不锈钢。
碳钢腐蚀率变化呈M型，在第3天、第11天出现峰值，第11天腐蚀率最大0.2092mm/a，在第2天出现腐蚀率减小，第15天腐蚀率最小0.0082mm/a。
黄铜腐蚀率从第1天最大0.1235mm/a后逐渐减小，第15天最小0.0061mm/a。
不锈钢腐蚀率较小，曲线较平缓，第3天最大0.0112mm/a，第15天最小0.0002mm/a。
2.3.3加三倍营养物质水中三种金属腐蚀率
图2-7加三倍营养物质水中三种金属腐蚀率对比
加三倍营养物质水中三种金属腐蚀率黄铜>碳钢>不锈钢。
黄铜腐蚀率逐渐减小，第1天最大0.1281mm/a，第15天逐渐减小到0.0106mm/a。
碳钢腐蚀率从第1天最大0.078mm/a后逐渐减小，第15天最小0.0063mm/a。
不锈钢腐蚀最不明显，曲线平缓，最大值出现在第3天0.006mm/a，平均值在0.002mm/a左右。
2.3.4加五倍营养物质水中三种金属腐蚀率
图2-8加五倍营养物质水中三种金属腐蚀率对比
加五倍营养物质水中三种金属腐蚀率黄铜>碳钢>不锈钢。
黄铜腐蚀率随时间变化逐渐减小，第1天最大0.1597mm/a，第15天最小0.0104mm/a。
碳钢腐蚀率变化与黄铜相似，第1天最大0.078mm/a，第15天最小0.0075mm/a。
不锈钢腐蚀率最小，腐蚀效果不明显，最大值在第2天0.0123mm/a，平均值在0.003左右。
3结论
3.1实验结论
1.在无菌水、循环冷却水、加三倍营养物质水和加五倍营养物质水中三种金属的粘附率均是碳钢>黄铜>不锈钢。
2.无菌水和循环冷却水中三种金属的腐蚀率为碳钢>黄铜>不锈钢，在加三倍营养物质水和加五倍营养物质水中三种金属的腐蚀率为黄铜>碳钢>不锈钢。
3.无菌水中三种金属的粘附率为碳钢>黄铜>不锈钢，在第1天到第5天较大，从第5天开始逐渐减小，其中在第2天有一个减小又增大的趋势。
相对于无菌水中三种金属的腐蚀率也是碳钢>黄铜>不锈钢，黄铜和不锈钢的腐蚀率变化与粘附率变化相似，均是在第1天到第5天较大，从第5天开始逐渐减小，但是碳钢的腐蚀率变化与粘附率不完全相同，在第11天有增大的趋势，随后逐渐减小。
实验结果说明在无菌水中碳钢、黄铜、不锈钢的粘附率与腐蚀率变化基本一致。
4.循环冷却水中三种金属的粘附率和腐蚀率为碳钢>黄铜>不锈钢，黄铜和不锈钢的粘附率和腐蚀率变化基本相似，呈逐渐减小趋势。
碳钢粘附率初期变化不大，第5天开始逐渐增大，但腐蚀率变化呈M型。
5.加三倍营养物质和五倍营养物质水中三种金属粘附率为碳钢>不锈钢>黄铜，腐蚀率为黄铜>碳钢>不锈钢，在此种水样条件下三种金属的粘附率和腐蚀率变化趋势不同，三倍营养物质水中三种金属在腐蚀初期粘附率逐渐减小，在第11天之后增大。
五倍营养物质水中三种金属的粘附率同样在实验后期有增大趋势，但腐蚀率都是逐渐减小。
6.静态腐蚀挂片实验结果表明金属在不同水质中的腐蚀情况是随时间逐渐减小，实验观察某些挂片表面是一层黄色，易擦物质，有些挂片呈黑褐色，不易擦掉。
有研究表示金属腐蚀时垢层分为三层，外层较为疏松，中间是致密的壳状层，内层是多空层。
致密层会阻碍金属腐蚀。
所以实验中金属的腐蚀变化为逐渐减小。
4参考文献
[1]周本省.循环冷却水系统中微生物引起的腐蚀和粘泥的控制.腐蚀与防护,2002,23卷（7期）:
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