浅谈电位—pH图在电力设备腐蚀与防护课程中的应用

周琼花　匡尹杰

摘 要 本文从电位-pH图、电力设备用材、火电厂给水pH调节三个方面阐述了电位-pH图在电力设备腐蚀与防护课程教学上的指导作用。指出只要认真了解铁-水体系；铜-水体系的电位-pH图的制作及应用并结合一定的动力学分析，火电厂给水pH调节原理是不难掌握的。

关键词 电位-pH图 给水pH调节 教学体会

中图分类号：TG172.5 文献标识码：A

金属-水体系的理论电位-pH图是热力学上的平衡图，它是由二十世纪三十年代比利时著名学者布拜Pourbaix M教授于1938年首先提出来的，因此也被人们称之为Pourbaix 图。它汇集了金属腐蚀体系重要的热力学数据，比较直观地显示了金属在不同电位和pH值条件下可能生成的物质及其热力学稳定性 同时也就间接地提供了防止金属腐蚀的途径。

电力设备腐蚀与防护课程是为我校应用化学专业电厂化学方向学生开设的主干专业课，旨在为我国电力行业输送合格的电厂化学人才。因为电力设备所使用的材料大部分是金属和合金，因此我们在讲授电力设备腐蚀与防护内容前必须比较详细地讲解金属腐蚀与防护的基本原理，由于内容多且跨度大，学生较难有效地运用金属腐蚀与防护基本原理来解决电力设备腐蚀与防护的实际问题。在此笔者从Fe-H2O体系电位-pH图的制作及应用、电厂设备材料和给水pH调节三个方面谈谈怎样利用金属-水体系的电位-pH图来诠释电力生产中锅炉给水的pH调节问题。使学生能在给水pH调节问题上能够知其然并且能知其所以然。

1热力设备金属材料特性

锅炉钢管用钢应具有较高的耐腐蚀性、良好的塑性、优良的焊接性和足够高的机械强度，还要有较高的耐热性和长期高温运行过程中金相组织的稳定性。因此制造热力设备的金属材料主要是碳钢，有的部件是合金钢。蒸汽温度在450℃以下低压锅炉钢管，主要选用10号、20号优质碳素钢。壁温为500～550℃的过热器管，采用15CrMo。壁温为550～580℃的过热器管，采用12CrMoV、12MoXWBSiRe。壁温为600～620℃的过热器管，采用12Cr2MoWVB和12Cr3MoVSiTiB。在国外，壁温超过600℃的过热器管，采用Cr12%的马氏体耐热钢和1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢。加热器和凝汽器所用的管材，要求传热性能好、一定的强度和良好的耐腐蚀性能。如HSn70-1A、HA177-2A等，还可采用B10和B30铜镍合金管或钢管。因此热力设备的腐蚀与防护问题都主要基于这三类材质的防腐方面的考虑。比如本文要谈到的给水pH调节问题。

2電位-pH图的制作和应用

电位-pH图的制作：

步骤一：列出体系中所有可能参加反应的反应粒子；

步骤二：列出这些反应粒子之间可能构成的平衡反应式；

步骤三：计算各反应式的平衡条件；

步骤四：以pH值为横坐标，电位为纵坐标作图。

如图1为25℃下Fe-H2O体系的电位-pH图，图2为25℃下Cu-H2O体系电位-pH图。

由图1可知，从pH>1.76开始，在较大电位（下转第59页）（上接第46页）范围内，铁在水体系中都将生成铁的难溶物Fe2O3和Fe3O4 。处于热力学的相对稳定状态。由图2可知，从pH>7开始，铜在水体系中都将生成铜的难溶物CuO和Cu2O。处于热力学的相对稳定状态。

3火电厂给水pH调节范围的确定

综合电力设备金属材料特性以及Fe-H2O体系和Cu-H2O体系的电位-pH图，不难看出当前国内大型火力发电机组加氨等调节给水pH值的目的是碱化介质，使铁及其合金，铜合金材质表面都处于钝化状态，即热力学的相对稳定状态。降低电力设备材质的腐蚀，保证机组安全运行。目前国内电厂给水pH值调节在结合一些动态试验结果后，一般将pH值控制在8.8～9.2的范围。pH值过高，如Fe-H2O体系pH值>13，Cu-H2O体系的pH>9.5，铁将会生成HFeO2-，铜将会生成CuO22-而发生腐蚀。

因此，在讲授锅炉给水pH调节原理时，若能让学生掌握电位-pH图的制作及应用，并结合热力设备材料特点和一定的动力学分析实验结果，相信能让学生很好地掌握这一问题的实质，也就是使学生不但能从动力学的角度，也能从热力学的角度来分析这个问题。提高学生全面分析问题和解决问题的能力，并能举一反三，学以致用，起到很好的教学效果。

参考文献

[1] 杨熙珍，杨武.金属腐蚀电化学热力学电位-pH图及其应用[M].北京：化学工业出版社，1991：232.

[2] 龚洵洁.热力设备的腐蚀与防护[M].北京：中国电力出版社，1998：112.

[3] 王杏卿.热力设备的腐蚀与防护[M].北京：水利电力出版社，1994：183.