循环冷却水系统冷却器腐蚀速率的测定方法

李林洁

(中国石油抚顺石化分公司，辽宁抚顺 113001)

循环冷却水系统冷却器腐蚀速率的测定方法

李林洁

(中国石油抚顺石化分公司，辽宁抚顺 113001)

测定冷却器管束平均年腐蚀速率的方法有静态挂片质量损失法、旋转挂片质量损失法和动态模拟质量损失法等许多种，但是无论哪种方法都是以一段时间内的管束腐蚀速率数据为基础，从而推算出冷却器管束平均年腐蚀速率。由于钢铁在水中短时间内腐蚀速率较高而后随着时间的推移则逐渐趋于平缓，导致推算出来的平均年腐蚀速率产生较大误差。介绍一种循环冷却水系统钢材平均年腐蚀速率的测定方法，通过几年的现场放置挂片试验，并与实验室内旋转腐蚀测试仪测试结果对比证明，此方法简单可行，适合现场测试。

循环冷却水系 腐蚀率 测定方法

腐蚀速率常用的测定方法有电化学测定法、电阻法、质量损失法和容量法等。其中电化学测定法又分为极化曲线法和线性极化法。在诸多腐蚀测定方法中，对于炼油厂循环冷却水系统水质稳定剂缓蚀速率的评定，通常采用质量损失法。介绍了一种测定年腐蚀速率的新方法，与现场数据相比比较吻合。

1 质量损失法

质量损失法是评定金属腐蚀速率的一种经典方法。根据金属腐蚀的原理可知，金属被腐蚀的过程就是金属阳极溶解的过程，因此，金属被腐蚀的结果是金属质量损失，当然金属表面的腐蚀产物必须清除干净，否则不是质量损失而是质量增加。把金属在单位面积上和单位时间内失去的质量作为评定金属腐蚀速率的一个指标，此法即称为质量损失法。用质量损失法测定腐蚀速率，通常又采用三种不同的测定方式:①静态挂片质量损失法。②旋转挂片质量损失法。③动态模拟质量损失法。

1.1 静态挂片质量损失法

将金属试片悬挂在静止的水溶液中，称取腐蚀后的金属试片质量损失，然后用公式计算出金属试片的腐蚀速率。通常做法是选择与换热器传热管材料相同的试片，经处理称质量后，每两片为一组，用木杆悬挂在循环冷却水系统凉水塔的集水池内。试片在水池中的位置要适中，不能太低，否则容易被水池中的黏泥覆盖，使测得的速率往往不是试片的真实腐蚀速率。同时也不能用铁丝绑试片，这样会因铁丝与试片的材料不同而产生原电池腐蚀，使得测得的腐蚀速率出现偏差，因此要采用绝缘材料。经过一段时间后取出试片，经处理后称质量，即可称得试片的平均年腐蚀速率。这种方法虽然比较简单，但是测得的腐蚀速率往往与实际有较大的差异。这是因为钢铁的腐蚀是一个十分复杂的化学和电化学反应的结果，它不仅与反应时间长短有关，同时也与水中溶解氧含量、二氧化碳含量、水的流速、以及水温等密切相关，详见图1～图4。

图1 水中CO2含量对碳钢腐蚀速率的影响Fig.1 The influence of CO2content in water on the corrosion rate of carbon steel

图1表明水中二氧化碳含量越高碳钢的腐蚀速率就越高;图2表明水中氧含量增高时碳钢的腐蚀速率增高、但当氧含量达到临界点时碳钢的腐蚀速率反而随着氧含量的增高而下降;图3表明在密闭体系中碳钢的腐蚀速率是随着水温的升高不断增高的，而在开放体系中碳钢的腐蚀速率开始是随着水温的升高而增高的，但当水温超过80℃时腐蚀速率反而下降;图4表明水的流速对碳钢腐蚀速度的影响是起伏不定的。

图2 蒸馏水中溶解氧含量对碳钢腐蚀速率的影响Fig.2 The influence of dissolved oxygen concentration in distilled water on the corrosion rate of carbon steel

图3 水温对碳钢腐蚀的影响Fig.3 The influence of water temperature on the corrosion of carbon steel

图4 淡水流速对碳钢腐蚀的影响Fig.4 The influence of freshwater flow speed On the corrosion of carbon steel

而静态挂片质量损失法恰恰无法模拟这一点，首先，静态法试片表面水的流速和温度与换热器内不一样;其次，循环水经凉水塔后相当于一次曝气过程，落入水池后水中溶解氧含量大于换热器中水的溶解氧，而二氧化碳含量又小于换热器中的，这就使得测出的腐蚀速率出现偏差。

1.2 旋转挂片质量损失法

为了尽量减少因水温、水的流速、以及水中溶解氧和二氧化碳含量对腐蚀速率的影响，采用了旋转挂片质量损失法进行实验。试验设备为8200型旋转腐蚀试验仪。该仪器具有以下优点:(1)用调压器控制试片转速，可以实现无级调速;(2)仪器配有转数显示仪，便于实验时控制转数;(3)仪器配有供气泵，实验时可以连续不断地往水中通氧，维持水中溶解氧的含量;(4)仪器有8个试验烧杯，可以同时挂16个试片进行平行试验;(5)仪器有自动电加热恒温系统。实验时可以利用该仪器的这些优点，全面地模拟现场情况，但是，经过多次的实验后发现测出的腐蚀速率仍然有一定的偏差。这是因为，当试片在烧杯中高速旋转时，由于试片带动杯中的水也随着试片一起转动起来，使得试片表面与水的相对速度已经不是计算时的数值了。另外由于实验时间一般是选择72 h，据资料介绍试片在前72 h是腐蚀高峰，而后则趋于平稳。所以这样测出的腐蚀速率往往偏大。

1.3 动态模拟质量损失法

该法是建一个小型循环冷却系统，并配有换热器、小凉水塔等设备，通过对传热管的处理、清洗、干燥、称质量，再经过计算即可获得传热管的腐蚀速率。

2 循环冷却水系统冷却器平均年腐蚀速率的测定

2.1 三棱柱形试片架的制作

制作一些长450 mm、直角边240 mm的三棱柱形试片架待用;

2.2 试片的规格

a、73 mm ×12.7 mm ×1.6 mm;

b、30 mm×15 mm×(1～3)mm(日本 JIS标准挂片);

c、50 mm×30 mm×1mm(日本片山介绍);d、φ50 mm×1 mm中心孔径7mm(日本栗田介绍);

e、50 mm ×25 mm ×2 mm(化工部颁标准挂片);

试片的制作过程要严格按有关规定进行，不能随意剪切、打磨。所使用的试片是兰州西固机械设备研究院生产的标准试片(标准试片是指开孔新增的圆柱侧面积等于开孔钻掉的两个小圆的面积)。

2.3 试片的选择和处理

选择与冷却器内管束材质相同的试片，放在盛有去离子水的塑料杯内，用镊子夹着棉花擦洗试片表面，然后用无水乙醇擦洗，用电吹风冷风档吹干后放入干燥器内干燥24 h。再用电光天平称得试片质量，应精确到万分之一克，编号待用。

2.4 试片的放置方法

装置停工检修冷却器清洗完毕后，用绝缘绳将试片绑在试片架上，将试片架放入浮头式冷却器的隔板处，最好不放在水流直接冲击的地方，也不要放在很低的位置，以免冷却器中沉积物将其盖在下面，影响试片正常腐蚀。放完试片，记下试片编号及安放时间。

2.5 取出试片的处理方法

待装置停工检修时将试片架上试片取出，记下取出时间、冷却器的名称及试片的编号。回到实验室首先在清水中用刷子清除表面污泥，再将试片放入加有1%的六次甲基四胺的1:1HCl溶液中浸泡，待试片出现金属光泽时取出，浸泡时间不宜过长，否则HCl与铁发生置换反应影响腐蚀速率。待清除完腐蚀物后，放入塑料杯内用去离子水冲洗干净，再用无水乙醇冲洗，用电吹风吹干后放入干燥器内静置24 h后称质量，精确到万分之一克。

2.6 平均年腐蚀速率的计算

(1)平均年腐蚀速率计算采用的公式如下［1］:

式中:△W—质量损失，g;

A— 试片面积，cm2;

C— 8.76×104;

F— 腐蚀速率，mm/a;

h— 试验时间，h;

d— 试片密度，g/cm3(碳钢 d=7.85);

(2)最大偏差计算

分别用腐蚀数率最大值Fmax和最小值Fmix与平均腐蚀率F相减，取其绝对值算出最大偏差并将偏差超过10%的数据舍去。

(3)北蒸馏装置冷却器测试结果

某公司北蒸馏装置冷却器测试结果见表1。

表1 冷却器测试数据Table 1 The test data of cooler

4 小结

从测得的腐蚀率可以看出，未加缓腐蚀剂时该厂的部分冷却器腐蚀率大于0.125 mm/a。且时常有个别冷却器出现过腐蚀穿孔现象，引起非正常停工，检修时也经常更换很多冷却器管束。自循环水系统开始投加缓蚀剂以来，从未出现冷却器穿孔现象，同时循环水补水率也降至3%以下，这不仅节约了大量的新鲜水，同时也保证了生产装置的安全、稳定和长周期生产。

［1］徐寿昌等.工业冷却水处理技术［M］.北京:化学工业出版社出版社，1982:382.

Methods of Corrosion Rate Testing for Coolers in Cooling Water System

Li Linjie
(PetroChina Fushun Petrochemical Company，Fushun，Liaoning 113001)

The testing methods for annual average corrosion rates of cooler tubes are static coupon weight loss testing method，rotary coupon weight loss testing method and dynamic coupon simulation weight loss testing methods，etc.All these methods are based upon the corrosion rate of tubes of a period of time to calculate the annual average corrosion rate of cooler tubes.As the iron and steel corrode rapidly in water in the first short period of time and the corrosion then becomes stable afterwards，the deviation of annual average corrosion rates calculated is high.A testing method for corrosion rate of coolers in cooling water system is introduced.Several years’field coupon testing and comparison with the results of internal rotary corrosion test show that this method is simple in application and good for field testing.

cooling water，corrosion rate，testing method

TE986

A

1007－015X(2012)03－0008－03

2012－01－ 12;修改稿收到日期:2012－05－07。

李林洁(1961－)，工程师，1990年毕业于辽宁石油化工大学，现在中国石油抚顺石化分公司石油三厂技术发展部工作。E-mail:llj1@petrochina.com.cn。

(编辑 张向阳)