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炉水中侵蚀性阴离子对碳钢腐蚀的试验研究

2016-02-25 10:07:33中国钢材招标网

  工业水处理炉水中侵蚀性阴离子对碳钢腐蚀的试验研究刘延湘楼台芳2(1.江汉大学城建环保系,湖北武汉430010;2.武汉大学,湖北武汉430072)为了研究低磷酸盐一低氢氧化钠水处理工艺下侵蚀性阴离子对碳钢的腐蚀,通过高压釜静态试验,计算在不同浓度下碳钢的腐蚀速度,测定溶液中总铁离子浓度以及对表面的EPMA(Electronprobemicroanalysis,电子探针微量分析)分析。结果表明:高温下,a、s42-是引起碳钢腐蚀的主要原因。它们能阻碍膜的形成随着离子浓度的增大,当Ccl->0.4mg/L时,碳钢的腐蚀速率明显增加,蚀孔增多,耐蚀性能降低低磷酸盐一低氢氧化钠水处理工艺;侵蚀性阴离子;电子探针微量分析;腐蚀速度蚀性能降f低1试验1.1主要试验仪器及试剂FYX-1永磁旋转搅拌高压釜;XA-型电子探针;721- 100型分光光度计;低磷酸盐一低氢氧化钠模拟炉水;碳钢20A;硫酸铜点滴液;所用试剂均为分析纯;二次除盐水1.2试验方法将按〔5〕配制的低磷酸盐一低氢氧化钠模拟炉水倒入洁净的高压釜中,用镍铬丝将表面预先处理好的碳钢试片分别悬于高压釜内的气、液两相中,充氮气除尽溶解氧,缓慢升温至设定温度,恒温数小时后冷却到室温,取出立即用除盐水冲洗,再用分析纯酒精、丙酮擦洗,观察并记录表面的腐蚀情况,放入干燥器中,放置与预处理时相同的时间后称重,计算腐蚀的重速率,再进行EPMA,按〔5.测定炉水中的总铁浓度低磷酸盐一低氢氧化钠水处理工艺具有优于其他磷酸盐工艺的许多特点,有待于在亚临界锅炉机组上推广和应用。碳钢作为锅炉的主要结构材料广泛应用于水汽管道中,各种环境因素导致碳钢腐蚀,威胁锅炉的安全运行碳钢在水溶液中,由于其表面的不均匀性,形成了许多微电池,在局部电池的作用下,发生电化学腐蚀在高温下能形成一层由磁性四氧化三铁构成的保护膜防止碳钢的进一步腐蚀破坏但是当溶液中含有如Cl-、SO42-等的侵蚀性阴离子时,一般会受到较严重的局部腐蚀,如点蚀〔3.为了弄清在高温高压的水汽系统中,这些侵蚀性阴离子对碳钢腐蚀的影响如何,我们参照美国EPRI平衡磷酸盐水处理工艺中的规定〔4.,利用高压釜试验,模拟了低磷酸盐一低氢氧化钠水处理工艺下侵蚀性阴离子cr、SO42-对碳钢腐蚀的试验研究结果表明:Cl-、SO42-特别是cr会促进腐蚀,阻碍膜的形成随着离子浓度的大,当Cc->0.4mg/L时,碳钢的腐蚀速率显著加,蚀孔多,耐表1 360C时不同cci-液相表面膜中氧的相对含量1.3试验条件2结果与讨论21不同a浓度下碳钢的腐蚀21.1腐蚀速率及总铁浓度按照试验方法在试验条件下进行腐蚀试验,计算碳钢在水中腐蚀的增重速率V,结果见;同时总铁离子浓度与cr浓度的关系碳钢腐蚀的增重速率:而铁腐蚀后则溶解进入溶液使试片失重,因而可以认为碳钢腐蚀的增重速率是铁氧化速率与溶解速率之差碳钢在炉水中腐蚀的增重速率为负值,表明此时其氧化速率小于溶解速率,试片失重,测得溶液中总铁浓度Cf较大;高温(360°C)时,铁氧化速率大于溶解速率,使试片增重,测得溶液中总铁浓度CFe与250c时相似由上述试验结果可知:温度一定时,碳钢试片在炉水中的增重速率随Cci-浓度的增加有下降趋势Cc「>0. 4mg/L时,下降趋势十分明显。铁的溶解速率(用Ci.v近似的表示)随cr浓度的增加而增加这说明Cl促进了铁的溶解,加速了铁的腐蚀速度。

  温度升至360c时,碳钢试片在炉水中的增重速率大于250C时相应Cl-浓度下的增重速率,而水中铁的溶解速率变化不大这说明在相同cr浓度时,升高温度有利于形成氧化膜2.1.2腐蚀产物的EPMA不同Cl-浓度下表面膜的EPMA二次电子图像从碳钢腐蚀后表面膜的EPMA二次电子图像看出:相同温度下,当Cci-浓度小时,表面蚀点大而少,Cci->0.4mg/L时,表面蚀点多而小且产物颗粒变粗,分布不均匀,疏松,沿表面打磨划痕局部堆积,如(b)硫酸铜点滴,表面上总存在许多缺陷,如打磨划痕小坑,cr在这些缺陷位置上优先吸附和积聚,导致这些部位铁的溶解速率明显加快,形成“孔核'孔核处由于氧化膜变薄,氧化膜中电场强度增大,因此膜中的离子电流密度远大于孔核以外的表面区域,随着时间的延长,腐蚀加剧,形成蚀孔凹型蚀孔的EPMA二次电子图像见,微区元素分析结果见表2.表2 360C时20A碳钢某蚀点的EPMA元素成分分析%表2中的发白区、发灰区分别为二蚀坑坑口边缘,发黑区为蚀坑坑底(见)表2显示,坑口含氧及腐蚀性离子比坑内要高,即腐蚀产物坑口比坑内多。

  某蚀点的EPMA二次电子图像(360C)由于蚀坑较小(微米级),坑底充当腐蚀电池的阳极(小面积),而坑口周围为阴极(大面积),构成了小阳极大阴极组成的活化态一一钝态电池体系,在坑内铁不断失去电子,电子经金属基体向阴极撄移发生还原反应,在电场作用下,铁离子向坑外运动,Cl-、Off等负离子从溶液中向坑内运动,在坑口相遇发生二次腐蚀反应:Fe2+2OH>Fe(OH)2及Fe2++2Cl-FeCl2+2BOFe(OH)2+2H+2Cl-,加速腐蚀反应的进行,所以在坑口腐蚀产物多,氯离子含量高。在坑周围虽然腐蚀产物多,但由于腐蚀速度快,膜很疏松,孔隙大,无保护作用,经多次硫酸铜点滴试验,其变色时间很短,只几秒钟;相反地,在同一试片的均匀成膜区试验,其变色时间长达几分钟。

  2.2不同SO42-浓度下碳钢的腐蚀Sa2与Cr同属于腐蚀性离子,它的存在也是碳钢发生点蚀的主要原因之一。在温度300c下的试验结果见铁的溶解速率增大从表面状态分析,Cs./-对气相成膜影响不明显,而对液相成膜影响较大,随着浓度增加,蚀点数增多且蚀点变深、变密。SO42-对碳钢腐蚀速率的影响与Cl-类似3结论低磷酸盐一低氢氧化钠水处理工艺下,侵蚀性阴离子Cl-、SO42-加速碳钢的腐蚀,主要是点蚀铁的溶解速率随着Cr、s42-浓度增加而增大,氧化速率随Cl-、SO42-的增加而下降它们对膜的质量会产生明显影响随着浓度增加,当Cci- >0.4mg/L时,点蚀密度增加,成膜不均匀程度增加,且蚀点变深,膜的耐蚀性下降

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