第七章-冷却循环水处理技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第七章 循环冷却水处理技术,7.1 概述,一、敞开式循环冷却水的水质特点,循环冷却水损失和浓缩作用,四种水量损失：蒸发损失、风吹损失、渗漏损失和排污损失。,2.,循环冷却水中的,CO,2,散失和,O,2,的增加,天然水中含有一定数量的重碳酸盐和游离,CO,2,，水在冷却塔淋洒过程中（相当于曝气）将使,CO,2,散失和,O,2,增加。,3.,循环冷却水的水质污染,水质污染来源：大气中杂物进入冷却系统；冷却塔风机漏油及塔体的腐蚀剥落物进入冷却水中；冷却水处理中加入药剂产生沉淀；微生物繁殖及分泌物形成的粘性污垢。,4.,循环冷却水的水温变化,12/11/2025,1,二、敞开式循环冷却水系统产生的问题,（一）水垢附着,冷却水系统中，重碳酸盐的浓度随着蒸发浓缩而增加，当其浓度达到饱和状态时，或经过换热器表明使水温升高时，有反应,Ca(HCO,3,),2,=CaCO,3,+CO,2,+H,2,O,碳酸钙沉淀在换热器表面即为结垢，影响换热器的效率，堵塞水流。,12/11/2025,2,（二）设备腐蚀,1.冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀,由于水与空气能充分地接触，因此水中溶解的O,2,可达到饱和状态。当碳钢与溶有O,2,的冷却水接触时，碳钢的表面会形成许多腐蚀微电池，其阳极区和阴极区会发生系列氧化还原反应阳极区 Fe=Fe,2+,+2e,阴极区 1/2O,2,+H,2,O+2e=2OH,-,水中 Fe,2+,+2OH,-,=Fe(OH),2,Fe(OH),2,Fe(OH),3,上述反应使金属不断溶解而被腐蚀。,12/11/2025,3,2.有害离子引起腐蚀,当Cl,-,和SO,4,2-,离子浓度增加时，会加速碳钢的腐蚀。Cl,-,和SO,4,2-,会使金属上的保护膜的保护性能降低，尤其是Cl,-,的离子半径小，穿透力强，容易穿过膜层（Fe,3,O,4,），置换氧原子形成氯化物，加速阳极过程的进行，使腐蚀加速。对不锈钢制成的换热器，一般要求Cl,-,的含量不超过50100mg/L。,12/11/2025,4,3.微生物引起的腐蚀,微生物排除的粘液与无机垢和泥砂杂物等形成的沉积物附着在金属表面，形成氧的浓差电池，促使金属腐蚀。一些厌氧菌（主要是硫酸盐还原菌）在温度为2530 时繁殖更快。其分解水中的硫酸盐，产生H,2,S，引起碳钢腐蚀。,12/11/2025,5,（三）微生物的滋生和粘泥,冷却水的微生物一般是细菌和藻类。在循环水中，由于养分的浓缩，水温的升高和日光和日光照射，给细菌和藻类创造了迅速繁殖的条件。大量细菌分泌出的粘液像粘合剂一样，能使水中漂浮的灰尘杂质和化学沉淀物等粘附在一起。这种沉积物有人称它为,生物粘泥,，也有人把它叫做,软垢,。,粘泥积附的危害性：,管道腐蚀,冷却水的流量减少,降低换热器的冷却效率,将管孔堵死，迫使停产清洗,例如：北京某厂因换热器中菌藻大量繁殖，半月之内就使热交换效率下降到50%。,12/11/2025,6,问题那么多，怎么办？,沉积物附着、金属腐蚀和微生物滋生可通过,水质处理,的方法解决。,12/11/2025,7,三、敞开式循环冷却水处理的重要性,（1）稳定生产 没有沉积物附着、腐蚀穿孔和粘泥堵塞等危害，冷却水系统中的换热器就可以始终在良好的环境中工作。,(2)节约水资源 年产30万吨合成氨工厂，直流冷却系统需要23000m,3,，循环冷却水系统每小时的耗水量为1100m,3,。,（3）减少环境污染 循环冷却水系统可以大大减少冷却污水（热水污染）的排放量，且少量排放的污水可进一步处理，还可收回作为系统的补充水用。,（4）节约钢材，提高经济效益 循环冷却水可减少换热器更换的台数。,12/11/2025,8,7.2 循环冷却水系统中的沉积物及其控制,一、循环冷却水系统中的沉积物,1.沉积物的分类,主要由水垢、淤泥、腐蚀产物和生物沉积物构成。,淤泥、腐蚀产物和生物沉积物三者统称为污垢。,12/11/2025,9,（1）水垢,使用含重碳酸盐较多的水作为冷却水，当它通过换热器传热表面时，会受热分解：,Ca(HCO,3,),2,=CaCO,3,+H,2,O+CO,2,（加热）,重碳酸盐在碱性条件下也会发生如下的反应：,Ca(HCO,3,),2,+2OH,-,=CaCO,3,+2H,2,O+CO,3,2-,当水中溶有氯化钙时，会产生置换反应：,CaCl,2,+CO,3,2-,=CaCO,3,+2Cl,-,水中溶有适量的磷酸盐时，磷酸盐将与钙离子生成磷酸钙：,2PO,4,3-,+3Ca,2+,=Ca,3,(PO,4,),2,水中溶解的硫酸钙、硅酸钙、硅酸镁等，当其阴、阳离子浓度的乘积超过其本身溶度积时，也会生成沉淀沉积在传热表面上，形成,水垢,，有时水垢也称,钙垢,。,12/11/2025,10,（2）污垢,污垢,一般是由颗粒细小的泥砂、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状氢氧化物、杂物碎屑、腐蚀产物、油污、特别是菌藻的尸体及其粘性分泌物等组成。,污垢体积较大、质地疏松稀软，故又称为,软垢,。,污垢是引起垢下腐蚀的主要原因，也是某些细菌（如厌氧菌）生存和繁殖的温床。污垢在传热表面上粘附不紧，容易被清洗。但在运行中，,污垢和水垢一样，也会影响换热器的传热效率,。,锈瘤状腐蚀产物形成的沉积物，除了影响传热外，更严重的是将助长某些细菌如,铁细菌的繁殖，最终导致管壁腐蚀穿孔而泄漏,。,12/11/2025,11,二、水垢析出的判断,主要介绍碳酸钙析出的判断,1.,饱和指数（,L.S.I,.）,碳酸盐溶解在水中达到饱和状态时，存在着下列动态平衡关系：,Ca(HCO,3,),2,=Ca,2+,+2HCO,3,2-,HCO,3,2-H,+,+CO,3,2-,CaCO,3,=Ca,2+,+CO,3,2-,水中重碳酸钙既不分解成碳酸钙，碳酸钙也不会继续溶解。此时水的pH值称为该水的饱和pH值，以pHs表示之。,郎格利尔推导出了计算pHs的公式，并以水的,实际pH与其pHs的差值,来判断水垢的析出。此差值称为,饱和指数,，以,L.S.I.,表示。,12/11/2025,12,L.S.I,.0时，这种水属结垢型水；,L.S.I,.0,结垢,L.S.I,.pH-pHs0,不腐蚀不结垢,L.S.I,.pH-pHs 0,腐蚀,12/11/2025,13,总溶解固体mg/L,A,温度,B,钙硬度或M-碱度（以,CaCO,3,计）mg/L,C或D,钙硬度或M-碱度（以,CaCO,3,计）mg/L,C或D,45,60,80,105,140,175,220,275,340,0.07,0.08,0.09,0.10,0.11,0.12,0.13,0.14,0.15,0,2,4,6,8,10,15,20,25,2.60,2.54,2.49,2.44,2.39,2.34,2.21,2.09,1.98,10,12,14,16,18,20,25,30,35,1.00,1.08,1.15,1.20,1.26,1.30,1.40,1.48,1.54,130,140,150,160,170,180,190,200,250,2.11,2.15,218,2.20,2.23,2.26,2.28,2.30,2.40,部分 A、B、C、D系数换算表,计算饱和pHs的简化方法,pHs（9.7A+B）（C+D）,式中 A总溶解固体系数；B温度系数；,C钙硬度系数；DM碱度系数。,12/11/2025,14,（2）,稳定指数（,R.S.I,.）,1946年雷兹纳（Ryznar）指出，饱和指数在预测水质性能时经常出现错误的判断。如对某些水，其饱和指数虽然是正值，但是水的腐蚀性却很强。,提出用经验公式2pHspH来代替饱和指数预测水质性能，并把2pHspH的差值称做,稳定指数,。,雷兹纳通过实验，提出了经验的稳定指数（,R.S.I.,）来进行判断：,R.S.I.,2pHspH6,腐蚀,12/11/2025,15,设有：,（a）种水，在75 时，pHs6.0，实际pH6.5，,饱和指数+0.5,；,（b）种水，在75 时，pHs10.0，实际pH10.5，,饱和指数+0.5,。,都会结垢吗？,12/11/2025,16,根据稳定指数可以将两者区别：,（a）种水 （b）种水,饱和指数,+0.5,+0.5,稳定指数,+5.5 +9.5,因此，,（a）是结垢型水,（b）是强腐蚀型水,12/11/2025,17,（3）结垢指数（,P,.,S.I,.）,1979年帕科拉兹（Puckoricus）认为水的总碱度比水的实际测定pH能更正确得反映冷却水的腐蚀与结垢倾向。他将稳定指数中水实际测定的pH改为平衡时的pH（pH,eq,），更切合实际生产，而,平衡pH与总碱度可按下列关系式算出,：,pH,eq,=1.465lgM+4.54,式中：,M系统中水的总碱度（以CaCO,3,计），mg/L。,12/11/2025,18,P.S.I.,指数判定标准为：,P.S.I,.2pHspHeq 6,腐蚀,P.S.I,.2pHspHeq6,稳定,P.S.I,.2pHspH eq 6,结垢,P.S.I,.比,L.S.I,.和,R.S.I,.在判断水质性能上更接近实际。,12/11/2025,19,三、污垢热阻,热交换器传热面由于沉积物沉积使传热系数下 降，从而使热阻增加的量称为污垢热阻。这里“污垢”不仅仅限于污垢，还包括水垢，这里只是一个习惯用语。,显然，由于污垢的存在，会降低换热器的传热效率，因此，需要控制,污垢与水垢,。,12/11/2025,20,四、循环冷却水系统中的沉积物的控制,（一）水垢的控制的方法有：,1、从冷却水中除去成垢的钙离子,2、加酸或通CO,2,气体，降低pH值，稳定重碳酸盐,3、投加阻垢剂,1、从冷却水中除去成垢的钙离子,(1)离子交换树脂法：,离子交换树脂法就是让水通过离子交换树脂，将Ca,2+,、Mg,2+,从水中置换出来并结合在树脂上，达到从水中除去Ca,2+,、Mg,2+,目的。用不同性质的离子交换树脂，可以很简便的从硬水中除去Ca,2+,、Mg,2+,等离子，使水软化。(,Na型树脂软化法、氢型树脂软化、强酸型氢型树脂软化法、弱酸型氢型树脂软化法、氢钠型树脂软化法,）,12/11/2025,21,(2)石灰软化法,补充水未进入循环冷却水系统之前，在预处理时就投加适当的石灰，让水中的碳酸氢钙与石灰在澄清池中预先反应，生成碳酸钙沉淀析出，从而除去水中的Ca,2+,。,反应式：,Ca(HCO,3,),2,+Ca(OH),2,=2CaCO,3,+2H,2,O,2.加酸或通CO,2,气体，降低pH值，稳定重碳酸盐,12/11/2025,22,2.加酸或通CO,2,气体，降低pH值，稳定重碳酸盐,(1)加 酸,1反应机理,：,Ca(HCO,3,),2,Ca,2+,+2HCO,3,-,HCO,3,-,H,+,+CO,3,2-,2)通常加硫酸,难控制，适用性有限,(2),通,CO,2,气体,1,）反应机理,2,）钙垢转移,采用通,CO,2,气体控制沉积物的过程中，冷却水通过冷却塔时，,CO,2,气体易从水中逸出，因而在冷却塔中析出碳酸盐，堵塞冷却塔中填料之间的孔隙。这种现象称为,钙垢转移,。,Ca(HCO,3,),2,CaCO,3,+H,2,O+CO,2,12/11/2025,23,3.投加阻垢剂,CaCO,3,结晶过程示意图,(1)结晶动力学分析结垢机理,结晶动力学观点：钙垢析出的过程就是微溶性盐从溶液中结晶沉淀的过程。其首先要生成晶核，形成少量的微晶粒，这些微晶粒在溶液中通过热运动发生相互碰撞和金属器壁碰撞，小晶体变成大晶体，并在金属器壁形成覆盖传热面的垢层。,12/11/2025,24,从CaCO,3,上述结晶过程来看，如果能投加某种药剂，,破坏其结晶增长,，就可达到控制水垢形成的目的。,目前常用的阻垢剂：,聚磷酸盐；有机多元膦酸；膦羧酸；有机磷酸酯；聚羧酸。,(2)阻垢机理,1）晶格畸变,无机垢晶体在成长时，是按照一定晶格排列的，结晶致密，比较坚硬。当水中含有,聚羧酸,等阻垢剂时，由于聚羧酸等有机酸基团具有对金属离子的螯合能力，因而对无机垢的结晶形成了干扰，使晶格发生了歪曲,成为不规则的晶体。这个过程称之为,晶格畸变作用,。,晶格畸变使硬垢变为无定型软垢。这种垢的结晶长不大，垢层中有大量空隙，几乎无粘结力，易被水流冲走排出。,12/11/2025,25,2）络合增溶,聚磷酸盐等药剂在水中能夺取钙镁离子，形成稳定的络合物。,这样实际上就降低了水中钙镁离子的浓度，减少了Ca,2+,与CO,3,2-,结合形成CaCO,3,机会。换言之，就是提高了循环水中钙镁离子的允许浓度，增大了钙镁盐的溶解度。络合增溶的作用可以使更多的碳酸钙稳定在水中不析出。,3）凝聚与分散,阴离子型阻垢剂(如聚羧酸类)在水中所离解的负离子能吸附于垢盐(如CaCO,3,)的微晶离子，使微晶粒形成双电层，并吸附到负离子的分子链上，使微晶粒带负电，彼此相斥，不能结成大晶粒，使成垢盐难以在金属传热面上形成垢层。,阴离子阻垢剂的负离子对微晶粒既有凝聚作用，又能将其分散到整个水系统中，使其呈现平均分散的状况。,12/11/2025,26,(二)污垢的控制,控制污垢的措施,:1)降低补充水浊度；2)做好循环冷却水水质处理3)投加分散剂；4)增加旁滤设备,（三）常用阻垢剂简介,1.聚磷酸盐(1)三聚磷酸钠(Na,5,P,3,O,10,)；(2)六偏磷酸钠,Na,P,O,O,Na,O,O,P,O,O,Na,O,P,O,O,Na,O,Na,六偏磷酸钠结构通式,Na,P,O,O,Na,O,O,P,O,O,Na,O,PO,O,Na,O,Na,n,12/11/2025,27,(3)聚磷酸盐阻垢与分散的作用机理,1）聚磷酸盐在水中生成的长链的阴离子容易吸附在微小的碳酸钙晶粒上，同时这种阴离子易于和CO,3,-,离子置换，这种置换发生在分散于水中的全部钙离子层上，从而防止了碳酸钙的析出。,2）微量聚磷酸盐抑制和干扰了碳酸钙晶体的正常生长，使晶体在生长过程中被歪扭，从而使晶体长不大，分散于水溶液中，不易沉淀形成水垢。,3）聚磷酸盐能螯合Ca,2+,、Mg,2+,等离子，形成单环螯合物或双环螯合物，然后借布朗运动或水流作用，重新把管壁上的这些物质（水垢）分散到水中。,12/11/2025,28,(4)临界值效应,微量聚磷酸盐加入水中，破坏了碳酸盐等晶体的正常生长过程，从而阻止了碳酸钙水垢的形成。这种利用微量聚磷酸盐防止水垢析出的方法称之为,临界值处理法,，通常也被称之为,临界值效应。,临界值效应是早期城市配水系统或直流冷却水系统中防止水垢的一种常用方法。,12/11/2025,29,2.有机多元膦酸,膦酸基团,：,C,P,OH,O,OH,种类及性质:,按膦酸基团的数目分,二膦酸；三膦酸；四膦酸；五膦酸。,2）按分子结构的形式分：,甲叉膦酸型；同碳二膦酸型；羧酸膦酸型；含其它原子膦酸型,有机多元膦酸的优点,1）分子结构以C-P键结合，化学稳定性好，不易水解，耐高温；,2)具有临界值效应；,3)与其他药剂共同有良好的,协同效应,；高剂量下具有良好的缓蚀性能；,4）无毒或极低毒，对环境几乎无污染。,12/11/2025,30,3.膦羧酸,目前，使用较多的膦羧酸是PBTCA(2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸，2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylic acid,PBTCA)。,4、有机磷酸酯,有机磷酸酯是由醇和磷酸或五氧化二磷或五氯化磷反应制得。有机磷酸酯种类多，但其分子结构中均有共同基团。,PBTCA,(HO),2,OP,C,CH,2,CH,2,CH,2,COOH,COOH,COOH,C,PO(OH),2,O,有机磷酸酯分子结构中的通用基团,12/11/2025,31,5.聚羧酸,作为阻垢剂和分散剂，使用最多的聚羧酸有：,丙烯酸的均聚物和共聚物,;,马来酸为主的均聚物和共聚物。,聚羧酸的特点：,阻垢性能与分子量、羧基的数目和间隔有关；,对碳酸钙等水垢具有良好的阻垢作用；,具有临界值效应，用量极微；,对泥土、粉尘、腐蚀产物和生物碎屑等污物的无定形粒子起到分散作用，使之不凝结，呈分散状态悬浮在水中，从而被水流冲走。,12/11/2025,32,作业：,1、叙述敞开式循环冷却水系统产生的问题。,2、应用结晶动力学观点分析结垢机理。,本节课重点：,敞开式循环冷却水的特点；敞开式循环冷却系统产生的问题；碳酸钙垢析出的判断（饱和指数L.S.I.；稳定指数R.S.I结垢指数P.S.I.）；钙垢转移；结晶动力学分析结垢机理；常用的五种阻垢剂；阻垢机理；临界值效应。,12/11/2025,33,7.3 循环冷却水系统中金属的腐蚀及控制,一、金属的腐蚀的概念,金属的腐蚀指的是金属在周围介质(液体和气体)的作用下，由于化学反应、电化学反应或物理作用而使金属受到破坏或性能恶化的现象。,在循环冷却水中，,腐蚀与污垢,是影响系统正常运行的两大主要障碍。腐蚀与污垢是互相联系制约：腐蚀产物会形成污垢，污垢又会引起腐蚀。,12/11/2025,34,1.金属的电极电位,金属在水中受到腐蚀时，发生以下反应：,标准氢电位：,金属的标准电极电位：金属与标准氢电位的相对值。,电位相对较低的金属比电位相对较高的金属更容易受腐蚀。,二、金属的电化学腐蚀机理,M,M,n+,+ne,H,2,H,+,+2e,12/11/2025,35,2.金属的电化学腐蚀过程,在冷却水中，金属的腐蚀过程主要是电化学腐蚀过程，即金属表面与导电介质(冷却水)因电化学作用而产生破坏的过程。,碳钢在含氧中性水中的腐蚀机理示意图,12/11/2025,36,1）如果水中的溶解氧比较充足，则Fe(OH),2,会进一步氧化，生成黄色的锈(FeOOH和Fe,2,O,3,H,2,O)，而不是Fe(OH),3,；,2）如果水中的氧不充足，则Fe(OH),2,进一步氧化为绿色的水合四氧化三铁或黑色的无水四氧化三铁12/11/2025,37,3.金属腐蚀机理分析结论,1,）造成金属腐蚀的是金属的阳极溶解反应。也就是说，金属的腐蚀破坏仅出现在腐蚀电池中的阳极区，而腐蚀电池的阴极区是不腐蚀的；,2,）只考虑孤立的金属腐蚀时，腐蚀电池的阴、阳极反应是共轭反应；,3,）腐蚀控制时，只要控制一个电极反应的速度，就可以使整个腐蚀过程的速度受到控制。,4.,冷却水中产生电化学腐蚀的条件,1,）需要有导电介质；,2,）需要有阴阳极的存在；,3,）需要有传递电子的载体。,12/11/2025,38,三、金属的腐蚀速度及其表示方法,（一）腐蚀速度,1.腐蚀趋势,电化学的腐蚀趋势是由阴阳极的电位差来决定：电位差大，说明腐蚀的可能性大，但并不能反应腐蚀的快慢。,2.腐蚀速度,电化学的腐蚀速度指的是氧化反应的速度。腐蚀速度是由电流密度决定的，它与极化作用与去极化作用的大小有关。,12/11/2025,39,（二）腐蚀速度的表示方法,1.质量变化表示法,用单位时间单位面积上质量的变化来表示腐蚀速度。常用单位有：mg/dm,2,d,简写为mdd或 g/m,2,h和g/m,2,d,2.腐蚀深度表示法,用单位时间内的腐蚀深度来表示腐蚀速度。常用单位有:毫米/年,(,mm/a)欧美常用：密耳/年（mpy）,也即毫英寸/年,12/11/2025,40,3.机械强度表示法,某些特殊类型的腐蚀往往伴随着机械强度的降低，因此可测试腐蚀前后强度变化如张力、压力、弯曲等极限值的降低率来表示腐蚀速度。,4.腐蚀电流表示法,采用腐蚀电流密度来表示腐蚀速度。,例：碳钢的腐蚀深度表示法的换算：,1mm/a=85.5 A/cm,2,1 A/cm,2,=0.0117mm/a,12/11/2025,41,四、冷却水中金属腐蚀的影响因素,冷却中金属换热设备腐蚀的影响很多，概括起来可以分为,物理因素、化学因素和微生物因素,等。本课程仅讨论其中的一些化学因素和物理因素。,1.pH值,冷却水中pH值对金属腐蚀的影响往往取决于该金属的氧化物在水中的溶解度对pH值的依赖关系。1）如果金属的氧化物溶于酸性水溶液而不溶于碱性水溶液，则该类金属在低pH值时就腐蚀得快一些，而在高pH值时腐蚀就慢。如：镍、镁、铁等金属。2）两性金属的氧化物既溶于酸性水溶液，又溶于碱性水溶液，这类金属在中间的pH值范围内具有最高的腐蚀稳定性。如：铝、锌、铅和锡等。,12/11/2025,42,例：水溶液中pH值对铝腐蚀速度的影响如,图2,。,图2铝的腐蚀速度与pH值的关系 1mpy=0.025mm/a,12/11/2025,43,2.阴离子,水中不同的阴离子在增加金属腐蚀速度上的顺序：,NO,3,-,CH,3,COO,-,SO,4,2-,Cl,-,ClO,4,-,冷却水中的Cl,-,、Br,-,等活性离子能破坏碳钢、不锈钢和铝等金属或合金表面的钝化膜，增快阳极腐蚀反应的速度，引起金属的局部腐蚀。,水中的络酸根、亚硝酸根、硅酸根和磷酸根等阴离子对钢有缓蚀作用，相应的盐类是一些常用的冷却水缓蚀剂。,12/11/2025,44,3.络合剂,络合剂能与水中的金属离子生成可溶性络离子，使水中金属离子的游离浓度降低，从而使金属的腐蚀速度增加。,冷却水中常用的络合剂有：NH,3,、CN,-,、EDTA、和ATMP等。,如：冷却水中有氨存在时，氨能与铜离子生成稳定的四氨,合铜络离子Cu(NH,3,),4,2+,，从而促进铜的加速腐蚀。,4.硬度,钙、镁离子浓度过高时，会与水中的碳酸根、磷酸根或硅酸根作用，生成碳酸钙、磷酸钙和硅酸钙垢，从而引起垢下腐蚀。,12/11/2025,45,5.金属离子,冷却水中的碱金属离子，如Na,+,、K,+,对金属和合金的腐蚀速度没有明显的或直接的影响。,铜、银、铅等重金属离子在冷却水中对钢、铝、镁、锌等几种常用金属有害。,在酸性溶液中，Fe,3+,是一种阴极反应加速剂。,在中性溶液中，Fe,2+,可以抑制铜和铜合金的腐蚀。,锌离子在冷却水中对钢有缓蚀作用。,12/11/2025,46,6.溶解的气体,（1）氧,在中性水中，在腐蚀着的金属表面上，氧起着阴极去极化剂的作用，促进金属的腐蚀；除去水中的氧后，冷却水就没有腐蚀性。,某些情况下，氧又可能是一种氧化性钝化剂，能使金属钝化，免于腐蚀。,（2）二氧化碳,二氧化碳溶于冷却水中，生成碳酸或碳酸氢盐，使水的pH值下降。水的酸性增加，将有助于氢的析出和金属表面膜的溶解破坏。无氧存在时，溶解状态的二氧碳的存在也会引起钢和铜的腐蚀。,12/11/2025,47,（3）氨,氨往往在工艺系统泄漏时进入冷却水中。当冷却水中存在氧化剂时，氨就选择性的腐蚀铜，生成可溶性的四氨合铜络合离子Cu(NH,3,),4,2+,。,冷却水中的氨对铝和碳钢没有腐蚀性。,（4）硫化氢,硫化氢是能够进入冷却水系统中的最有害的气体之一。硫化氢会加速铜、钢和合金钢的腐蚀，尤其是对加速凝汽器合金管的点蚀。,（5）二氧化硫,循环冷却水系统中的喷淋式冷却塔在运行过程中，会收集工业性大气中的二氧化硫。溶于水中的二氧化硫会降低循环冷却水的pH值，增加其对金属的腐蚀性。,12/11/2025,48,（6）氯,氯进入水中后，水解生成盐酸和次氯酸.,氯的水解会降低冷却水的pH值，增加水对金属的腐蚀性。,水解生成的氯离子会促进碳钢、不锈钢和铝等金属或合金的局部腐蚀。,12/11/2025,49,7.浓度,大多数金属在非氧化性酸中，随着酸浓度的增加，腐蚀加剧；,在氧化性酸中，随着浓度的增加，腐蚀速度有一个最高值。当酸的浓度超过一定的数值以后，金属表面生成保护膜，腐蚀速度下降。,铁在稀碱溶液中的腐蚀产物为不易溶解的氢氧化物，对金属有保护作用。但如果碱的浓度增加或温度升高，则铁的氢氧化物将溶解生成铁酸盐，腐蚀速度增大。12/11/2025,50,8.悬浮固体,当冷却水的流速降低时，进入系统的悬浮物容易在换热器部件的表面生成疏松的沉积物，引起垢下腐蚀。,当冷却水的流速过高时，悬浮物的颗粒又容易对硬度较低的金属或合金产生磨损腐蚀。,9.流速,当流速较低的时候，金属的腐蚀速度随水流速的增加而增加。,当水的流速足够高时，足量的氧到达金属表面，使金属部分或全部钝化。钝化发生后，金属的腐蚀将下降。,如果水流速度继续增加，水对金属表面上钝化膜的冲击腐蚀将使金属的腐蚀速度重新增大。(,图5,),超高速的流体设备中，还会引起空泡腐蚀。,12/11/2025,51,淡水的流速对碳钢腐蚀速度的影响,流速对碳钢腐蚀速度的影响,12/11/2025,52,10.电偶,在冷却水系统中，常有不同金属或合金间的接触或连接。发生连接的金属或合金，如果彼此的腐蚀电位相差较大，再与冷却水相接触，就会形成一个腐蚀大电池或电偶而发生电偶腐蚀。,11.温度,一般来讲，金属的腐蚀速度随温度的增加而增加。这是由于温度升高会引起,1）水中物质的扩散系数增大；2）氧在水中的溶解度降低,如果在同一温度和合金上存在温度差，则温度高的那一部分将会成为腐蚀电池的阳极而腐蚀，温度低的那一部分则会成为阴极。,在温度升高的过程中，某些金属或合金之间的相对电位会发生明显的电位极性逆转。使相应部位发生腐蚀或失去保护能力。,12/11/2025,53,五、冷却水中金属腐蚀的控制方法,添加缓蚀剂,适当提高冷却水的,pH,值,选用耐蚀材料的换热器,用防腐涂料涂覆,阴极保护法,12/11/2025,54,1.添加缓蚀剂,（1）缓蚀剂,定义：缓蚀剂是一种用于腐蚀介质中抑制金属腐蚀的添加剂。,使用特点：1）用量少；2）使用浓度低；3）不需特殊的附加设备；4）不需改变金属设备或构件的材质或进行表面处理；5）经济效益高且适应性强,（2）基本要求：,1)在经济上是有利的；,2)其飞溅、泄漏、排放及处理后的排放，在环保上是容许的；,3)与冷却水中存在的各种物质及加入的阻垢剂等药剂是相容的，甚至有协同作用；,4)对系统中各种金属的缓蚀效果都是可以接受的；,5)不会造成换热金属表面传热系数降低；,6)在冷却水运行的pH值范围内，有较好的缓蚀作用。,12/11/2025,55,（3）常用的冷却水缓蚀剂,1、铬酸盐；2、亚硝酸盐,铬酸盐的优点：,不仅钢铁，而且对铜、锌、铝及其合金都能给予良好的保护；,适用的,pH,值范围很宽,(pH,6-11),；,缓蚀效果特别好。,铬酸盐的缺点：,毒性大，有严格的排放要求；,容易被还原而失效，不宜用于有还原性物质泄漏的冷却水系统中。,12/11/2025,56,2.适当提高冷却水的pH值,（1）适当提高运行pH值可以降低碳钢的腐蚀速度,根据前述金属腐蚀影响的因素知，铁的氧化物溶于酸性环境，因此，低碳钢在低pH值条件下腐蚀速度快，在高pH值下腐蚀速度减慢，一般保持pH在8-9.5之间。,（2）适当提高pH值的方法,曝气：吹脱CO2，就可提高水中pH值。,少量加酸：也是将水中的重碳酸根离子变为二氧化碳，加以曝气，把二氧化碳吹脱掉，就可适当提高水中的pH值，但一定要注意控制酸的投加量。,12/11/2025,57,3.使用耐蚀材料换热器,采用耐蚀金属材料为原料来制作换热器：传统耐蚀材料如铜合金、不锈钢、石墨、玻璃等，新型耐蚀材料钛合金、铝镁合金、氟塑料、聚丙稀等材料。,根据工艺介质的腐蚀性能来决定换热器的腐蚀性能。,4.涂料覆盖法,在碳钢换热器的传热表面涂上防腐材料，形成一层连续的牢固附着的薄膜，使金属与冷却水隔绝，避免受到腐蚀。,目前国内广泛使用的是以环氧三聚氰胺甲醛树脂为基料的防腐涂料（简称为CH-784涂料）。,12/11/2025,58,5、阴极保护法,电化学腐蚀反应中，阳极的金属受到腐蚀，而阴极上的金属并未受到腐蚀。因此，如果改变设备外部条件，使其整个变成一个大的阴极，则设备就会被保护不被腐蚀。这种方法即称为阴极保护法。,护屏保护,:,在需要保护的碳钢或铜换热器上，用电位较低的锌、镁或其合金作为阳极，使换热器受到保护，这种方法称之为护屏保护。,外加电流保护:,将需要保护的碳钢设备接到直流电源的负极上，在正极上接上辅助阳极如石墨、炭精等，使碳钢设备在外加电流的作用下变成阴极而受到保护。,12/11/2025,59,作业：,1、以碳钢为例简述金属的电化学腐蚀过程。,2、简述阴极保护法防止冷却水中金属腐蚀的原理和措施。,本节课重点：,金属的电化学腐蚀机理；冷却水中金属腐蚀的影响因素；冷却水中金属腐蚀的控制方法（五种）；阴极保护法的概念；两种阴极保护措施。,12/11/2025,60,