第三章循环冷却水处理.ppt

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1、第三章循环冷却水处理 第一节第一节 循环冷却水处理概况循环冷却水处理概况 一、一、一、一、冷却系统的类型冷却系统的类型冷却系统的类型冷却系统的类型1.1.直流冷却水系统直流冷却水系统 冷冷却却水水仅仅通通过过换换热热设设备备一一次次，用用过过后后就就排排放放掉掉。不不需需要要其其他他冷冷却却水水构构筑筑物物，因因而而投投资资少少、操操作作简简单单，但但是是冷冷却却水水的的操操作作费费用用大大，且且不不符符合节水的要求。合节水的要求。图3-1直流冷却水系统v水的蒸发散热水的蒸发散热 水在冷却设备中形成大小水滴或极薄水膜，扩大其与空水在冷却设备中形成大小水滴或极薄水膜，扩大其与空气的接触面积和延长

2、接触时间，加强水的蒸发，使水汽从水气的接触面积和延长接触时间，加强水的蒸发，使水汽从水中带走汽化所需的热量，从而使水冷却。中带走汽化所需的热量，从而使水冷却。v水的接触传热水的接触传热 水面与较低温度的空气接触，由于温差使热水中的热量水面与较低温度的空气接触，由于温差使热水中的热量传到空气中去，水温得到降低。温差愈大，传热效果愈好。传到空气中去，水温得到降低。温差愈大，传热效果愈好。v水的辐射传热水的辐射传热 不需要传热介质的作用，而是由一种电磁波的形式来传不需要传热介质的作用，而是由一种电磁波的形式来传播热能的现象。播热能的现象。水冷却的原理 冷却水系统中，用来降低水温的构筑物或设备成为冷却

3、构筑物或冷却设备。冷却水系统中，用来降低水温的构筑物或设备成为冷却构筑物或冷却设备。按其热水与空气接触方式的不同，可分为：按其热水与空气接触方式的不同，可分为：vv水面冷却构筑物水面冷却构筑物 又称凉水池又称凉水池 ，需要冷却的水流入池内，通过自然蒸发、辐射和对流传热逐渐需要冷却的水流入池内，通过自然蒸发、辐射和对流传热逐渐将水冷却到适当再用的温度。将水冷却到适当再用的温度。冷却冷却过过程程缓缓慢，效率低，温差小。且需要很大的慢，效率低，温差小。且需要很大的贮贮水池。水池。vv喷水池喷水池 池内装有水管、喷嘴或电动喷水组件，由喷嘴把水喷到大气中，从而增加了蒸池内装有水管、喷嘴或电动喷水组件，由

4、喷嘴把水喷到大气中，从而增加了蒸发量，即使在较小的水池也能加速冷却。发量，即使在较小的水池也能加速冷却。水的消耗大，水的消耗大，约为约为循循环环水量的水量的1.0-5.0%1.0-5.0%。易易带带入周入周围围的的杂质杂质。vv冷却塔冷却塔 是一个塔型建筑，水气热交换在塔内进行，可以人工控制空气流量来加强空是一个塔型建筑，水气热交换在塔内进行，可以人工控制空气流量来加强空气与水的对流作用来提高冷却效果。占地面积小、冷却效果好。有气与水的对流作用来提高冷却效果。占地面积小、冷却效果好。有自然通自然通风风式和式和机械通机械通风风式。冷却塔包括式。冷却塔包括通通通通风风风风筒、配水系筒、配水系筒、配

5、水系筒、配水系统统统统、淋水装置、通、淋水装置、通、淋水装置、通、淋水装置、通风设备风设备风设备风设备、收水器、集、收水器、集、收水器、集、收水器、集水池水池水池水池等部分等部分 冷却设备的种类与结构冷却设备的种类与结构冷却设备的种类与结构冷却设备的种类与结构图3-4自然通风冷却塔图3-5机械通风冷却塔1-配水系统；2-填料；3-百叶窗；1-配水系统；2-填料；3-百叶窗；4-集水池；5-空气分配区；6-风筒；4-集水池；5-空气分配区；6-风机；7-热空气和水蒸汽；8-冷水7-风筒；8-热空气和水蒸汽；9-冷水图3-6玻璃钢冷却塔1-玻璃钢塔体；2-淋水装置；3-填料；4-空气；5-接水盘；

6、6-冷却水；7-热水；8-排风扇；9-热空气和水蒸汽冷却塔效率的衡量指标冷却塔效率的衡量指标 冷却幅高（也称湿球温差）冷却幅高（也称湿球温差）冷却水温和空气湿球温度的差值冷却水温和空气湿球温度的差值 T T2 2-。代表该地热代表该地热水冷却所能达到的极限值。水冷却所能达到的极限值。T T2 2-越小，效能越高。越小，效能越高。冷却幅宽冷却幅宽 冷却塔的回水和出水温度的差值，冷却塔的回水和出水温度的差值，T T1 1-T-T2 2。淋水密度淋水密度 指冷却塔单位面积上的热水喷洒负荷，指冷却塔单位面积上的热水喷洒负荷，m m3 3/(m/(m2 2h)h)。淋水密度与冷却幅宽、水的比热的乘积称为

7、冷却构筑物淋水密度与冷却幅宽、水的比热的乘积称为冷却构筑物单位面积的热负荷。单位面积的热负荷。敞开式冷却水的工况敞开式冷却水的工况 冷却过程中的三种损失冷却过程中的三种损失:蒸发损失、风吹损失、排污量蒸发损失、风吹损失、排污量补充水量补充水量 M=E+D+B+F M=E+D+B+F，（1 1）蒸发损失）蒸发损失E E=a(R-B),a=e(tE E=a(R-B),a=e(t2 2-t-t1 1)（2 2）风吹损失）风吹损失D D=(0.2%-0.5%)RD D=(0.2%-0.5%)R （3 3）排污损失）排污损失B B=E/(K-1)B B=E/(K-1)（4 4）渗漏损失）渗漏损失F F

8、M M、E E、D D、B B分别代表补充水量、蒸发损失、风吹损失、排污量，分别代表补充水量、蒸发损失、风吹损失、排污量，R R为系统中循环水量，为系统中循环水量，e e为损失系数，为损失系数，K K为浓缩倍数。为浓缩倍数。离子浓度的改变离子浓度的改变 图3-7 降低浓缩倍数时水中 图3-8提高浓缩倍数时水中 离子浓度变化曲线离子浓度变化曲线不论系统中某离子的初始浓度为多少，随着运行时间的推移，其最终的浓度总是浓缩倍数和补充水中离子浓度的乘积。由此证明了控制好补充水量和排污量能使系统中某些离子浓度稳定在一个定值。浓缩倍数 指循环水中某物质的浓度和补充水中某物质的浓度之比。用来计算浓缩倍数的物质

9、要求他们的浓度除了随浓缩过程增加外不受其他条件干扰。二、二、二、二、敞开式循环冷却水系统产生的问题敞开式循环冷却水系统产生的问题敞开式循环冷却水系统产生的问题敞开式循环冷却水系统产生的问题沉积物的析出和附着沉积物的析出和附着沉积物的析出和附着沉积物的析出和附着 重碳酸盐分解产生碳酸钙水垢，轻者降低换热器的传热重碳酸盐分解产生碳酸钙水垢，轻者降低换热器的传热效率，重者堵塞管道。效率，重者堵塞管道。有害离子引起的腐蚀有害离子引起的腐蚀有害离子引起的腐蚀有害离子引起的腐蚀 溶解氧引起电化学腐蚀溶解氧引起电化学腐蚀 有害离子引起腐蚀有害离子引起腐蚀微生物的滋生和粘泥微生物的滋生和粘泥微生物的滋生和粘泥

10、微生物的滋生和粘泥 细菌和藻类繁殖，生成生物粘泥而引起腐蚀、管道堵塞细菌和藻类繁殖，生成生物粘泥而引起腐蚀、管道堵塞三、三、敞开式循环冷却水处理的重要性敞开式循环冷却水处理的重要性稳定生产节约水资源减少环境污染节约钢材第二节第二节第二节第二节 循环冷却水系统中金属的腐蚀及其控制循环冷却水系统中金属的腐蚀及其控制循环冷却水系统中金属的腐蚀及其控制循环冷却水系统中金属的腐蚀及其控制 一、一、冷却水中金属腐蚀的机理冷却水中金属腐蚀的机理 造造成成金金属属腐腐蚀蚀的的是是金金属属的的阳阳极极溶溶解解反反应应。因因此此，金金属属的的腐腐蚀破坏仅出现在腐蚀电池中的阳极区，而阴极区是不腐蚀的。蚀破坏仅出现在

11、腐蚀电池中的阳极区，而阴极区是不腐蚀的。孤孤立立的的金金属属腐腐蚀蚀时时，在在金金属属表表面面上上同同时时以以相相等等速速度度进进行行着着一一个个阳阳极极反反应应和和一一个个阴阴极极反反应应的的现现象象，称称为为电电极极反反应应的的耦耦合合。互互相相耦耦合合的的反反应应称称为为共共轭轭反反应应，而而相相应应的的腐腐蚀蚀体体系系则则称称为为共共轭轭体体系系。在在共共扼扼体体系系中中，总总的的阳阳极极反反应应速速度度与与总总的的阴阴极极反反应应速速度度相相等等。此此时时，阳阳极极反反应应释释放放出出的的电电子子恰恰好好为为阴阴极极反反应应所所消消耗耗，金属表面没有电荷的积累，故其电极电位也不随时间

12、而变化。金属表面没有电荷的积累，故其电极电位也不随时间而变化。从从从从以以以以上上上上的的的的讨讨讨讨论论论论中中中中可可可可以以以以看看看看到到到到，在在在在腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀控控控控制制制制中中中中，只只只只要要要要控控控控制制制制腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀过过过过程程程程中中中中的的的的阳阳阳阳极极极极反反反反应应应应和和和和阴阴阴阴极极极极反反反反应应应应两两两两者者者者中中中中的的的的任任任任意意意意个个个个电电电电极极极极反反反反应应应应的的的的速速速速度度度度，则则则则另另另另一一一一个个个个电电电电极极极极反反反反应应应应的的的的速速速速度度度度也也也也会会会会随随随随之之之之而而而而受受

13、受受到到到到控控控控制制制制，从从从从而而而而使使使使整整整整个腐蚀过程的速度受到控制。个腐蚀过程的速度受到控制。个腐蚀过程的速度受到控制。个腐蚀过程的速度受到控制。二、二、影响腐蚀的因素影响腐蚀的因素（一）化学因素（一）化学因素（一）化学因素（一）化学因素 （二）物理因素（二）物理因素（二）物理因素（二）物理因素 （三）微生物（三）微生物（三）微生物（三）微生物 1.pH 1.pH值值 1.1.温度温度 2.2.溶解溶解盐盐 2.2.金属相对面积金属相对面积 3.3.溶解气体溶解气体 3.3.流速流速 4.4.悬浮物悬浮物 4.4.不同金属不同金属 5.5.冶金学方面冶金学方面 （一）化学因

14、素（一）化学因素（一）化学因素（一）化学因素 pH pH pH pH值值值值 pH pH值对金属腐蚀速度的影响取决于该金属的氧化物在水中值对金属腐蚀速度的影响取决于该金属的氧化物在水中的溶解度对的溶解度对pHpH值的依赖关系。值的依赖关系。溶解溶解溶解溶解盐盐盐盐 溶液溶液电导电导率的升高使初期腐率的升高使初期腐蚀蚀速度也升高；像速度也升高；像ClCl-、SOSO4 42-2-等等腐腐蚀蚀性离子，可以破坏金属的阳极氧化保性离子，可以破坏金属的阳极氧化保护护膜，从而膜，从而进进一步加一步加速腐速腐蚀蚀；构成硬度和碱度的离子；构成硬度和碱度的离子对对腐腐蚀蚀却有抑制作用；在却有抑制作用；在电电解解

15、质浓质浓度高的水中，氧的溶解度下降，所以含度高的水中，氧的溶解度下降，所以含盐盐量高量高时时腐腐蚀蚀速度速度降低。降低。pH值对腐蚀速度的影响溶解固体对腐蚀速率的影响不同温度时氧含量对腐蚀的影响溶解气体溶解气体溶解气体溶解气体 (1)(1)溶解氧溶解氧 起去极化作用，会促起去极化作用，会促进进腐腐蚀蚀。当水中含氧不一致当水中含氧不一致时时，会形成氧，会形成氧浓浓差充气差充气电电池，表池，表现现形式形式为为垢下腐垢下腐蚀蚀。在某些情况下氧是氧化性钝化剂，能使金属钝化而免于腐在某些情况下氧是氧化性钝化剂，能使金属钝化而免于腐蚀，如在铝的腐蚀过程中蚀，如在铝的腐蚀过程中 (2)(2)二氧化碳二氧化碳

16、 溶于水后形成碳酸，增大水的酸性，从而有利于氢的逸出溶于水后形成碳酸，增大水的酸性，从而有利于氢的逸出和金属表面膜的溶解破坏。和金属表面膜的溶解破坏。(3)(3)氨氨 会选择性地腐蚀铜：会选择性地腐蚀铜：NH NH3 3+H+H2 2O=NHO=NH4 4OH OH NH NH4 4OH+CuOH+Cu2+2+=Cu(NH=Cu(NH3 3)2+2+H+H2 2O O (4)(4)硫化氢硫化氢 导致导致pHpH降低；和铁反应生成硫化铁（阴极），与铁形成降低；和铁反应生成硫化铁（阴极），与铁形成电偶腐蚀电偶腐蚀悬浮物悬浮物悬浮物悬浮物 主要是易沉主要是易沉积积在在换热换热器表面引起垢下腐器表面引

17、起垢下腐蚀蚀。当冷却水流。当冷却水流速速过过高高时时，颗颗粒容易粒容易对对硬度硬度较较低的金属或合金低的金属或合金产产生磨生磨损损腐腐蚀蚀。温度温度温度温度 温度升高，腐蚀的化学反应速度温度升高，腐蚀的化学反应速度就提高。就提高。温度与扩散速度成正比，与过电温度与扩散速度成正比，与过电压、粘度成反比。增加扩散量能使压、粘度成反比。增加扩散量能使更多氧到达金属表面，导致腐蚀电更多氧到达金属表面，导致腐蚀电池去极化；过电压下降时，因析氧池去极化；过电压下降时，因析氧而导致去极化；粘度下降有利于阴而导致去极化；粘度下降有利于阴阳极去极化，即有利与大气中氧的阳极去极化，即有利与大气中氧的溶解和加速氢气

18、的逸出。溶解和加速氢气的逸出。在金属相邻的区域内，温度不同，在金属相邻的区域内，温度不同，就会加剧点蚀，热的部位为阳极，就会加剧点蚀，热的部位为阳极，冷的部位为阴极。冷的部位为阴极。温度对腐蚀速率的影响温差产生的A-敞开系统；B-密闭系统自发电池（二）物理因素（二）物理因素金属相对面积金属相对面积金属相对面积金属相对面积 （面积效应）（面积效应）（面积效应）（面积效应）腐蚀速率与阴极和阳极面积的比例成正比关系。腐蚀速率与阴极和阳极面积的比例成正比关系。不同金属：不同金属：镍镍-钢结钢结合合时时，镍为镍为阴极。采用管阴极。采用管-管板管板连连接，接，钢钢-镍则镍则腐腐蚀蚀加加剧剧 镍镍-钢钢增腐

19、增腐蚀蚀小得多。小得多。同一金属：同一金属：钝钝化膜破坏。化膜破坏。（点蚀）（点蚀）流速流速流速流速 一般情况下流速增加使腐蚀速度增加。在高流速区域，层流一般情况下流速增加使腐蚀速度增加。在高流速区域，层流区的厚度减少，区的厚度减少，氧容易达到金属表面，氧的去极化作用导致腐蚀加速进行。氧容易达到金属表面，氧的去极化作用导致腐蚀加速进行。高速流水会冲走可能成为钝化层的腐蚀产物，从而加剧腐蚀。高速流水会冲走可能成为钝化层的腐蚀产物，从而加剧腐蚀。不同金属不同金属不同金属不同金属 不同金属的接触而引起的腐蚀称为电偶腐蚀。电偶腐不同金属的接触而引起的腐蚀称为电偶腐蚀。电偶腐蚀的驱动力是金属间的电位差，

20、电偶中的阳极腐蚀。（阴蚀的驱动力是金属间的电位差，电偶中的阳极腐蚀。（阴极保护）极保护）冶金学方面冶金学方面冶金学方面冶金学方面 金属的均匀性：非均相金属的金属的均匀性：非均相金属的夹杂夹杂区、晶粒区、晶粒结结构的金属化构的金属化合物上的合物上的夹杂夹杂区区 金属表面状况：表面总有缺陷，如划痕、裂纹等；金属表面状况：表面总有缺陷，如划痕、裂纹等；静静态应态应力：交力：交变应变应力力。微生物的粘泥引起垢下腐蚀。微生物的粘泥引起垢下腐蚀。一些微生物的新陈代谢过程参与了电化学过程，促使一些微生物的新陈代谢过程参与了电化学过程，促使腐蚀加速。如，厌氧菌会形成浓差电池，加快局部腐蚀；腐蚀加速。如，厌氧菌

21、会形成浓差电池，加快局部腐蚀；某些种类的细菌还会产生酸性化合物；去磺弧菌属是硫酸某些种类的细菌还会产生酸性化合物；去磺弧菌属是硫酸盐还原菌，可使硫酸盐生成硫化氢；硫杆菌属把硫酸盐氧盐还原菌，可使硫酸盐生成硫化氢；硫杆菌属把硫酸盐氧化成硫酸。化成硫酸。（三）微生物（三）微生物三、腐蚀的形态 腐蚀常见的形态有均匀腐蚀、点蚀、侵蚀、腐蚀常见的形态有均匀腐蚀、点蚀、侵蚀、选择性腐蚀、垢下腐蚀、缝隙腐蚀、水线腐蚀、选择性腐蚀、垢下腐蚀、缝隙腐蚀、水线腐蚀、开裂腐蚀（应力腐蚀开裂）。开裂腐蚀（应力腐蚀开裂）。均匀腐蚀（全面腐蚀）均匀腐蚀（全面腐蚀）均匀腐蚀（全面腐蚀）均匀腐蚀（全面腐蚀）是循环冷却水中遇到

22、的最普遍的问题。是循环冷却水中遇到的最普遍的问题。均均匀匀腐腐蚀蚀指指在在腐腐蚀蚀介介质质的的作作用用下下，金金属属整整个个表表面面发发生生的的腐腐蚀蚀破破坏坏，基基本本按按相相同同的的腐腐蚀蚀速速度度进进行行。这这是是因因为为金金属属表表面面的的阴阴阳阳极极交交叉叉分分布布，大大量量的的微微阴阴极极微微阳阳极极反反应应同同时时发发生生，金金属属具具有有相相同同的的腐腐蚀蚀电电流流，腐腐蚀蚀产产物物在在整整个个金金属属表表面面形形成成。均均匀匀腐腐蚀蚀是是在在金金属属正正常常的的腐腐蚀蚀允允许许范范围围内内，一一般般在在设设计计时时纳纳入入设设计寿命之中。计寿命之中。点蚀点蚀点蚀点蚀 最最常常

23、见见的的一一种种腐腐蚀蚀形形态态，通通常常其其腐腐蚀蚀深深度度大大于于其其孔孔径径。点点蚀蚀深深度度与与大大阴阴极极和和小小阳阳极极的的面面积积比比率率成成正正比比关关系系。在在含含活活性性阴阴离离子子的的介介质质中中，钝钝化化膜膜的的平平衡衡破破坏坏，溶溶解解占占优优势势，形形成成孔孔蚀蚀核核，蚀蚀核核长长大大成成为为蚀蚀孔孔，蚀蚀孔孔发发展展形形成成氧氧浓浓差差电电池池，最最后后形形成成闭闭塞塞电电池池，在在酸酸化化自自催催化化作作用用下下造造成成腐腐蚀蚀加加速。速。（1 1）冲击腐蚀）冲击腐蚀 在在湍湍流流水水中中，含含溶溶解解固固形形物物和和悬悬浮浮物物或或所所携携带带的的气气体体含含

24、量量较较高高的的水水中中氧氧化化物物的的钝钝化化膜膜常常遭遭受受破破坏坏，使使金金属属设设备备产产生生严严重重的的局局部部腐腐蚀蚀。如如换换热热器器管管束束的的入入口口、节节流流区区、直直角角弯弯管管及及弯弯头头处处受受水水侵侵蚀蚀最最严严重重。铜及其合金。铜及其合金。海海军军黄黄铜铜、铝铝黄黄铜铜和和铜镍铜镍合金合金较较能抗冲能抗冲击击腐腐蚀蚀。受冲击腐蚀的金属断面侵蚀侵蚀 是在高流速条件下形成的。分为冲击腐蚀冲击腐蚀和气蚀气蚀两种。（2 2）气蚀（空泡腐蚀）气蚀（空泡腐蚀）在流速高、压力变化大，且含溶解气体或渗入气体在流速高、压力变化大，且含溶解气体或渗入气体的水中易发生，如泵叶轮的吸水侧

25、、管网系统的直角弯的水中易发生，如泵叶轮的吸水侧、管网系统的直角弯管、球阀或闸阀的出水侧。当水流到较高压力时，低压管、球阀或闸阀的出水侧。当水流到较高压力时，低压区形成的气泡发生破裂，产生很高的冲击压力，可以到区形成的气泡发生破裂，产生很高的冲击压力，可以到达几十到几百达几十到几百Mpa,Mpa,导致金属表面被腐蚀成为蚀坑、裂纹导致金属表面被腐蚀成为蚀坑、裂纹和穿孔。气蚀外表往往是又深又圆的麻坑，但无锈瘤。和穿孔。气蚀外表往往是又深又圆的麻坑，但无锈瘤。溶解氮含量高时会加剧气蚀。溶解氮含量高时会加剧气蚀。合金中的某一种元素首先被侵蚀，从合金主体中被浸提出。合金中的某一种元素首先被侵蚀，从合金主

26、体中被浸提出。（1 1）脱锌腐蚀）脱锌腐蚀 锌从黄铜中侵蚀下来，使铜的结构变成脆弱的孔状体，表面呈淡锌从黄铜中侵蚀下来，使铜的结构变成脆弱的孔状体，表面呈淡红色，而不是黄色。当存在氧的浓度差、低流速、高温、酸性和碱性红色，而不是黄色。当存在氧的浓度差、低流速、高温、酸性和碱性介质和曝气的水，会加剧这种侵蚀。脱锌有两种：塞式（在高盐水中，介质和曝气的水，会加剧这种侵蚀。脱锌有两种：塞式（在高盐水中，涉及面积小，但穿透很深）和层式（面积大且均匀，沿整个金属表面涉及面积小，但穿透很深）和层式（面积大且均匀，沿整个金属表面发生）发生）（2 2）石墨化作用）石墨化作用 铸铁会选择性地失铁。金属保持一个弱

27、石墨和氧化铁结构，石墨铸铁会选择性地失铁。金属保持一个弱石墨和氧化铁结构，石墨的过电压很低，会由于氧的放出而导致侵蚀蔓延。通常情况下，晶粒的过电压很低，会由于氧的放出而导致侵蚀蔓延。通常情况下，晶粒边界首先受到侵蚀，然后逐步蔓延。在低边界首先受到侵蚀，然后逐步蔓延。在低pHpH值、高含量溶解固体、硫值、高含量溶解固体、硫化氢气体之类的酸性污染物会加速石墨化作用。化氢气体之类的酸性污染物会加速石墨化作用。选择性腐蚀选择性腐蚀 垢下腐蚀垢下腐蚀垢下腐蚀垢下腐蚀 垢下腐蚀属于氧的浓差电池腐蚀。垢下腐蚀属于氧的浓差电池腐蚀。沉积物控制不善，会引起垢下腐蚀。一旦发生，腐沉积物控制不善，会引起垢下腐蚀。一

28、旦发生，腐蚀会循环加剧，药剂也无济于事。低流速区域易发生。蚀会循环加剧，药剂也无济于事。低流速区域易发生。防止垢下腐蚀的措施：加大流速减少沉积物，加强防止垢下腐蚀的措施：加大流速减少沉积物，加强对微生物的控制，减少微生物粘泥。对微生物的控制，减少微生物粘泥。缝隙腐蚀缝隙腐蚀缝隙腐蚀缝隙腐蚀 氧氧浓浓差差电电池池的的形形成成对对腐腐蚀蚀的的开开始始起起促促进进作作用用，酸酸化化自自催催化化作作用用是是造造成成腐腐蚀蚀加加速速的的根根本本原原因因。侵侵蚀蚀程程度度与与阳阳极极缝缝隙隙的面积和周围的阴极面积的比率成正比关系。的面积和周围的阴极面积的比率成正比关系。水线侵蚀水线侵蚀水线侵蚀水线侵蚀 在

29、在未未充充满满水水的的配配水水系系统统或或热热交交换换器器以以及及各各种种容容器器内内都都有有一一个个三三相相区区：上上部部是是空空气气，下下部部是是冷冷却却水水和和金金属属本本身身。三三相相的的存存在在会会同同时时产产生生充充充充气气气气浓浓浓浓差差差差电电电电池池池池和和缝缝缝缝隙隙隙隙腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀。在在金金属属和和交交界界的的弯弯月月面面部部分分容容易易发发生生氧氧的的去去极极化化，这这一一充充满满气气体体的的部部分分成成为为阴阴极极，而而紧紧挨挨着着它它的的金金属属区区则则为为阳阳极极。一一般般用用阴阴极极抑抑制制剂剂来克服水线侵蚀，但剂量要适当。来克服水线侵蚀，但剂量要适当。应力

30、腐蚀开裂应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂 （1 1）晶间开裂腐蚀）晶间开裂腐蚀 晶间开裂腐蚀产生于晶间开裂腐蚀产生于 晶粒边界之间；一般出现在阳极晶粒的边界。晶粒边界之间；一般出现在阳极晶粒的边界。如奥氏体和马氏体不锈钢的应力腐蚀。如奥氏体和马氏体不锈钢的应力腐蚀。金属在制造过程中常处于应力状态，会在垂直于应力方向上开裂。金属在制造过程中常处于应力状态，会在垂直于应力方向上开裂。在高温、高氯化物浓度或腐蚀条件的存在，都会促使晶间腐蚀开裂。在高温、高氯化物浓度或腐蚀条件的存在，都会促使晶间腐蚀开裂。（2 2）穿晶开裂腐蚀）穿晶开裂腐蚀 穿晶开裂腐蚀表现为穿过晶粒。发生在反复承受应力的条件下发

31、生。穿晶开裂腐蚀表现为穿过晶粒。发生在反复承受应力的条件下发生。纯金属抵抗穿晶开裂的能力较强。纯金属抵抗穿晶开裂的能力较强。晶间应力腐蚀开裂（200）穿晶应力腐蚀开裂（200）腐腐蚀蚀速速度度又又称称为为腐腐蚀蚀速速率率或或腐腐蚀蚀率率。工工业业冷冷却却水水处处理理的的文文献献中中，已已经经采采用用SISI制制的的mmmma(a(毫毫米米年年）和和mma(a(微微米米年年)作作为为腐腐蚀蚀速速度度的的单单位位。它它们们的的物物理理意意义义是是：如如果果金金属属表表面面各各处处的的腐腐蚀蚀是是均均匀匀的的，则则金金属属表表面面每每年年的的腐腐蚀蚀深深度度将将是是多多少少mm(mm(毫米毫米)或或

32、m(m(微米微米)。对对冷冷却却水水系系统统中中金金属属的的腐腐蚀蚀控控制制并并不不是是要要求求绝绝对对不不发发生生腐腐蚀蚀(即即腐腐蚀蚀速速度度为为零零)，而而是是要要求求把把金金属属的的腐腐蚀蚀速速度度控控制制在在一一定范围。定范围。设设计计规规范范中中对对循循环环冷冷却却水水系系统统中中腐腐蚀蚀控控制制指指标标规规定定：碳碳钢钢换换热热器器管管壁壁的的腐腐蚀蚀速速度度宜宜小小于于0.125mm0.125mma a；钢钢合合金金和和不不锈钢换热器管壁的腐蚀速度宜小于锈钢换热器管壁的腐蚀速度宜小于0.005mm0.005mma a。四 冷却水中腐蚀的控制方法 循环冷却水系统中金属腐蚀的控制方

33、法很多，常用的有1.提高冷却水的pH值2.添加缓蚀剂3.选用耐蚀材料的换热器4.用防腐阻垢涂料涂覆（一）提高（一）提高pH值控制腐蚀值控制腐蚀 碳钢的腐蚀速度与碳钢的腐蚀速度与PHPH值的关系值的关系 由金属腐蚀的理论可知，随着水由金属腐蚀的理论可知，随着水pHpH值的增加，水中氢离子的浓度降值的增加，水中氢离子的浓度降低，金属腐蚀过程中氢离子去极化的阴极反应受到抑制，碳钢表面生成低，金属腐蚀过程中氢离子去极化的阴极反应受到抑制，碳钢表面生成氧化性保护膜的倾向增大，故冷却水对碳钢的腐蚀性随其氧化性保护膜的倾向增大，故冷却水对碳钢的腐蚀性随其PHPH值的增加而值的增加而降低。降低。冷却水的pH值

34、对碳钢腐蚀速度的影响未保护碳钢的腐蚀速度；-碳钢管壁腐蚀速度容许值的上限 提高提高提高提高pHpH值控制碳钢腐蚀的原理值控制碳钢腐蚀的原理值控制碳钢腐蚀的原理值控制碳钢腐蚀的原理 由由上上图图中中可可以以看看到到，在在没没有有溶溶解解氧氧的的溶溶液液中中，铁铁的的腐腐蚀蚀电电位位 (实实线线)总总是是在在a a线线 (它它代代表表H H+与与H H2 2的的平平衡衡电电位位与与pHpH的的关关系系)以以下下。与与此此同同时时在在pHpH9 9.5 5时时，铁铁的的自自然然腐腐蚀蚀电电位位处处子子腐腐蚀蚀区区内内，这这意意味味着着此此时时铁铁 (或或碳碳钢钢)将将发发生生折折氢氢的的腐腐蚀蚀。随

35、随着着水水pHpH值值的的增增大大，铁铁的的腐腐蚀蚀电电位位逐逐渐渐接接近近铁铁的的稳稳定定区区，故故铁铁的的腐腐蚀蚀速速度度将将随随pHpH位位的的增增大大而而降降低低。在在pHpH9 9.5 5 1212.5 5时时，铁铁的的自自然然腐腐蚀蚀电电位位靠靠近近稳稳定定区区的的边边界界。此此时时，铁铁的的电电位位实实际际处处于于Fe-FeFe-Fe3 3O O4 4体体系系的的平平衡衡电电位位，FeFe变变为为FeFe3 3O O4 4，腐腐蚀蚀速速度度变变得得很很小小。在在有有溶溶解解氧氧存存在在的的溶溶液液中中，铁铁的的腐腐蚀蚀电电位位与与无无溶溶解解氧氧存存在在时时相相比比明明显显升升高

36、高(见见图图中中的的虚虚折折线线)。在在pHpH8 8.0 0时时，氧氧虽虽能能使使铁铁的的腐腐蚀蚀电电位位升升高高，但但还还不不足足以以进进入入钝钝化化区区，铁铁的的自自然然腐腐蚀蚀电电位位仍仍处处于于腐腐蚀蚀区区内内，此此时时，氧氧将将使使铁铁的的腐腐蚀蚀速速度度增增加加。当当pHpH8 8.0 0时时，氧氧使使铁铁的的表表面面生生成成一一层层钝钝化化膜膜 (主主要要成成分分为为-FeFe2 2O O3 3)，铁铁的的腐腐蚀蚀电电位位升升高高而而进进人钝化区内。在水中没有氯离子的情况下，铁将得到保护。人钝化区内。在水中没有氯离子的情况下，铁将得到保护。碱性冷却水处理碱性冷却水处理碱性冷却水

37、处理碱性冷却水处理 第第一一种种是是广广义义的的碱碱性性冷冷却却水水处处理理，是是指指将将循循环环冷冷却却水水的的运运行行pHpH值值控控制制在大于在大于7 7.0 0的冷却水处理。这种处理实际上包括了两大类：的冷却水处理。这种处理实际上包括了两大类：(1)(1)不加酸调节不加酸调节pHpH值的碱性冷却水处理值的碱性冷却水处理 在在循循环环冷冷却却水水运运行行过过程程中中，人人们们不不再再向向冷冷却却水水中中加加酸酸以以调调节节pHpH值值，而而是是让让冷冷却却水水在在冷冷却却塔塔内内爆爆气气过过程程中中达达到到其其自自然然平平衡衡pHpH值值，采采用用这这种种处处理方式，冷却水的理方式，冷却

38、水的pHpH值大致为值大致为8 8.0.09 9.5 5；(2)(2)加酸调节加酸调节pHpH值的碱性冷却水处理值的碱性冷却水处理 这这是是指指在在循循环环冷冷却却水水的的运运行行过过程程中中，向向冷冷却却水水中中加加入入酸酸(一一般般是是浓浓硫硫酸酸)以以控控制制其其pHpH值值，使使之之保保持持在在7 7.0.08 8.0 0之之间间的的处处理理。由由于于pHpH7 7.0.08 8.0 0的水已偏于碱性一侧，故也把它归入碱性冷却水处理。的水已偏于碱性一侧，故也把它归入碱性冷却水处理。第二种是狭义的碱性冷却水处理。它仅是指那些不加酸调节第二种是狭义的碱性冷却水处理。它仅是指那些不加酸调节p

39、HpH值的值的碱性冷却水处理。碱性冷却水处理。提高冷却水提高冷却水提高冷却水提高冷却水pHpHpHpH值的方法值的方法值的方法值的方法 敞开式循环冷却水系统是通过水在冷却塔内的曝气过程敞开式循环冷却水系统是通过水在冷却塔内的曝气过程而提高其而提高其pHpH值的。值的。当水中游离当水中游离COCO2 2浓度降到很低，水中的浓度降到很低，水中的COCO2 2不再逸入大气，不再逸入大气，达到其自然平衡达到其自然平衡pHpH值时，水的值时，水的pHpH值大约升高到值大约升高到8 8.5 5左右。左右。这种这种通过曝气去提高冷却水通过曝气去提高冷却水pHpH值的途径有两个优点：值的途径有两个优点：（1

40、1）它不需要添加药剂或增加设备；它不需要添加药剂或增加设备；（2 2）它不需要人工去控制冷却水的）它不需要人工去控制冷却水的pHpH值，而是通过化学平衡值，而是通过化学平衡的规律而自动去控制，故在充分曝气的条件下，循环冷却水的规律而自动去控制，故在充分曝气的条件下，循环冷却水的的pHpH值能较可靠地保持在值能较可靠地保持在8 8.0 09 9.5 5的范围内。的范围内。提高提高p p p pH H值后遇到的问题值后遇到的问题 (1)(1)冷冷却却水水中中碳碳酸酸钙钙的的沉沉积积倾倾向向增增加加，易易于于引引起起结结垢垢和和垢下腐蚀。垢下腐蚀。(2)(2)循循环环冷冷却却水水在在pHpH8 8.

41、0 09 9.5 5时时运运行行，碳碳钢钢的的腐腐蚀蚀速速度度虽虽有有所所下下降降，但但仍仍然然偏偏高高不不一一定定能能达达到到设设计计规规范范要要求求的的0 0.125mm125mma(5mpy)a(5mpy)以以下下。因因此此，冷冷却却水水系系统统在在pHpH8 8.0 09 9.5 5运运行行时时，除除了了进进行行结结垢垢控控制制和和微微生生物物生生长控制外，还需要进行腐蚀控制。长控制外，还需要进行腐蚀控制。(3)(3)给给两两种种常常用用的的冷冷却却水水缓缓蚀蚀剂剂聚聚磷磷酸酸盐盐和和锌锌盐盐的的使使用用带带来来了了困困难难。冷冷却却水水pHpH值值的的升升高高使使聚聚磷磷酸酸盐盐水水

42、解解生生成成磷磷酸酸钙钙垢垢的的倾倾向向增增大大，也也使使锌锌离离子子易易于于生生成成氢氢氧氧化锌析出。化锌析出。右右图图是是水水中中锌锌离离子子浓浓度度随随水水的的pHpH值值变变化化的的情情况况。随随着着pHpH值值的的增增加加，水水中中锌锌离离子子浓浓度度急急剧剧下下降降。当当pHpH8 8.0 09 9.5 5时时，锌锌离离子子浓浓度度只只能能保保持持在在1 1.0 00 0.2mg/L2mg/L左左右右。在在这这样样低低的的锌锌离离子子浓浓度度下下很很难难使使碳碳钢钢的的腐腐蚀蚀速速度度控控制在制在0 0.125mm/a125mm/a以下。以下。（二）添加缓蚀剂控制腐蚀（二）添加缓蚀

43、剂控制腐蚀（二）添加缓蚀剂控制腐蚀（二）添加缓蚀剂控制腐蚀缓缓蚀蚀剂剂按按其其抑抑制制的的腐腐蚀蚀反反应应分分为为阳阳极极型型、阴阴极极型型和和混混合合型型三三种种类类型型。阳阳极极型型缓缓蚀蚀剂剂使使金金属属形形成成氧氧化化物物保保护护膜膜。阴阴极极型型缓缓蚀蚀剂剂经经化化学学吸吸附附过过程程被被吸吸附附在在金金属属表表面面，本本身身形形成成一一层层膜膜，或或与与金金属属离离子子反反应应后后形形成成膜膜。混混合合型型兼兼备备两种性能。两种性能。缓缓蚀蚀剂剂的的选选用用与与冷冷却却水水系系统统的的设设计计参参数数、水水的的成成分分、金金属属的的类类型型、应应力力、清清洁洁程程度度、水水流流速速

44、度度以以及及水水处处理理所所要要达达到到的的程程度度、pHpH值值、溶溶解解氧氧含含量量、盐盐、悬悬浮浮物物成成分分等等有有关。关。I.单一冷却水缓蚀剂单一冷却水缓蚀剂1铬酸盐是一种氧化性、阳极型缓蚀剂。是一种氧化性、阳极型缓蚀剂。铬酸盐有铬酸盐有个临界浓度。个临界浓度。在实际应用时，铬酸盐通常以较低的剂量与其他缓蚀剂在实际应用时，铬酸盐通常以较低的剂量与其他缓蚀剂 (例如锌盐、聚磷酸盐、有机膦酸盐等例如锌盐、聚磷酸盐、有机膦酸盐等)复配成复合缓蚀复配成复合缓蚀剂使用剂使用容易还原失效。容易还原失效。(H(H2 2S)S)铬酸盐遇到的最大问题是它的毒性引起的环境污染。铬酸盐遇到的最大问题是它的

45、毒性引起的环境污染。2亚硝酸盐 氧化、阳极型缓蚀剂氧化、阳极型缓蚀剂使用有临界浓度使用有临界浓度 用作冷却设备酸洗后的钝化剂和密闭式循环冷却用作冷却设备酸洗后的钝化剂和密闭式循环冷却水系统中水系统中容易促进冷却水中微生物生长；可能被还原为氨，容易促进冷却水中微生物生长；可能被还原为氨，易使铜和铜合金产生腐蚀；有毒易使铜和铜合金产生腐蚀；有毒3 3硅酸盐硅酸盐硅酸盐硅酸盐阳极型、沉积膜型缓蚀剂阳极型、沉积膜型缓蚀剂既可在清洁的金属表面上，也可在有锈的金属表面上生成既可在清洁的金属表面上，也可在有锈的金属表面上生成保护膜，但这些保护膜是多孔性的，且成膜时间长。保护膜，但这些保护膜是多孔性的，且成膜

46、时间长。当冷却水中浓度低时，金属有形成点蚀的倾向。当冷却水中浓度低时，金属有形成点蚀的倾向。水中有溶解氧时金属才可被保护。水中有溶解氧时金属才可被保护。不但可以抑制冷却水中钢铁的腐蚀，而且还可抑制非铁金不但可以抑制冷却水中钢铁的腐蚀，而且还可抑制非铁金属属铝和铜及其合金、铅、镀锌层的腐蚀，特别适宜于铝和铜及其合金、铅、镀锌层的腐蚀，特别适宜于控制黄铜的脱锌。控制黄铜的脱锌。无毒；成本较低；在镁硬度高的水中，容易产生硅酸镁垢无毒；成本较低；在镁硬度高的水中，容易产生硅酸镁垢 。4 4钼酸盐钼酸盐钼酸盐钼酸盐 阳极型缓蚀剂阳极型缓蚀剂是一种非氧化性或弱氧化性缓蚀剂，因此，它需要合适的氧化是一种非氧

47、化性或弱氧化性缓蚀剂，因此，它需要合适的氧化剂去帮助它在金属表面产生一层保护膜。剂去帮助它在金属表面产生一层保护膜。环境的污染很小；缓蚀效果不如铬酸盐；成本太高。环境的污染很小；缓蚀效果不如铬酸盐；成本太高。5 5锌盐锌盐锌盐锌盐 是一种阴极型缓蚀剂是一种阴极型缓蚀剂 是一种安全但低效的缓蚀剂。成膜迅速，与其他缓蚀剂联合使是一种安全但低效的缓蚀剂。成膜迅速，与其他缓蚀剂联合使用时的效果好用时的效果好 。在在pHpH8.08.0时，若单独使用，锌离子易从水中析出以致降低或时，若单独使用，锌离子易从水中析出以致降低或失去缓蚀作用。（稳定剂）失去缓蚀作用。（稳定剂）有毒。有毒。6.6.磷酸盐磷酸盐磷

48、酸盐磷酸盐阳极型缓蚀剂阳极型缓蚀剂易与水中的钙离子生成溶度积很小的磷酸钙垢，需要与专用易与水中的钙离子生成溶度积很小的磷酸钙垢，需要与专用的阻垢共聚物联用的阻垢共聚物联用无毒；价格便宜；缓蚀作用不太强无毒；价格便宜；缓蚀作用不太强 ；易促进藻类生长。；易促进藻类生长。7.7.聚磷酸盐聚磷酸盐聚磷酸盐聚磷酸盐 目前使用最广泛且最经济的冷却水缓蚀剂之一目前使用最广泛且最经济的冷却水缓蚀剂之一 阴极、沉淀膜型缓蚀剂。具有阻垢作用阴极、沉淀膜型缓蚀剂。具有阻垢作用 使用时要求水中既有溶解氧，又有适量的钙离子。使用时要求水中既有溶解氧，又有适量的钙离子。通常与铬酸盐、锌盐、钼酸盐、有机膦酸盐等缓蚀剂联合

49、使通常与铬酸盐、锌盐、钼酸盐、有机膦酸盐等缓蚀剂联合使用。用。使用关键是尽可能避免其水解成正磷酸盐以及生成溶度积很使用关键是尽可能避免其水解成正磷酸盐以及生成溶度积很小的磷酸钙垢小的磷酸钙垢 8 8有机膦酸有机膦酸有机膦酸有机膦酸阴极、沉积膜型缓蚀剂，有低浓度阻垢作用阴极、沉积膜型缓蚀剂，有低浓度阻垢作用不易水解，特别适用于高硬度、高不易水解，特别适用于高硬度、高pHpH值和高温值和高温下运行的冷却水系统下运行的冷却水系统能使锌盐稳定在水中能使锌盐稳定在水中 对铜及其合金有较强的侵蚀性；价格较贵。对铜及其合金有较强的侵蚀性；价格较贵。9 9巯基苯并噻唑巯基苯并噻唑巯基苯并噻唑巯基苯并噻唑 MB

50、TMBT阳极型缓蚀剂，铜缓蚀剂。阳极型缓蚀剂，铜缓蚀剂。对氯和氯胺很敏感，容易被它们氧化而破坏。对氯和氯胺很敏感，容易被它们氧化而破坏。1010苯并三唑和甲基苯并三唑苯并三唑和甲基苯并三唑 铜和铜合金缓蚀剂铜和铜合金缓蚀剂 混合型缓蚀剂，以阴极型为主。混合型缓蚀剂，以阴极型为主。能耐受氯的氧化作用能耐受氯的氧化作用 价格较高价格较高 1111硫酸亚铁硫酸亚铁 发电厂铜合金管凝汽器冷却水系统中广泛使用发电厂铜合金管凝汽器冷却水系统中广泛使用生成以为生成以为FeFe2 2O O 3 3主的保护膜结合在主的保护膜结合在CuCu2 2O O保护膜上，防止铜保护膜上，防止铜管脱锌和冲击腐蚀管脱锌和冲击腐