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淡化海水補水管道的腐蝕與防護

文檔作者：劉國新屈世棟文檔來源：中國石油化工股份有限公司天津分公司裝備研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月01日
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腐蝕與防護
石油化工設備技術，2014，35（1）·32·
Petro-Chemical Equipment Technology
淡化海水補水管道的腐蝕與防護
劉國新，屈世棟
（中國石油化工股份有限公司天津分公司裝備研究院，天津300271）
摘要：針對淡化海水碳鋼補水管道的嚴重腐蝕，對補水管道源頭的淡化海水進行了水質(zhì)分析，通過計
算期格利爾飽和指數(shù)、雷茲納穩(wěn)定指數(shù)，對旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕實驗進行了淡化海水的腐蝕性評價，分析了淡化海
水輸送管道的腐蝕原因，針對腐蝕原因通過實驗提出了減少化海水補水管道腐蝕的有效防護方法，并通過
現(xiàn)場應用取得了很好的效果。
關鍵詞：淡化海水補水管道pH值范圍旋轉(zhuǎn)掛片實驗水處理藥劑
某公司由于淡水資源不足，新建100萬t/a1.2淡化海水水質(zhì)類型判斷
乙烯及配套裝置的循環(huán)水系統(tǒng)全部采用一級反滲
通過計算郎格利爾飽和指數(shù)（Isat）及雷茲納
透淡化海水作為補充水。淡化海水具有超低硬
穩(wěn)定指數(shù)（Istab）分別判斷淡化海水的水質(zhì)類型。
度、堿度和低pH值，但氯離子含量較高，具有很
判定依據(jù)1：lsat=pH一pHs
強的腐蝕性。目前輸送淡化海水的管線均為碳
Isat>0結(jié)垢
鋼，設計人員未想到淡化海水有這么強的腐蝕性，
Isat=0不腐蝕、不結(jié)垢
因此管內(nèi)未采取任何防腐措施。該管道投入運行
Isat<0腐蝕
后不久，即發(fā)現(xiàn)腐蝕嚴重，淡化海水經(jīng)過2km的
判定依據(jù)2：Istab=2pHs一pH
管道輸送至循環(huán)水場時，淡化海水補水中鐵離子
Istab<3.7嚴重結(jié)垢
達到了（3～5）×10-甚至更高，嚴重影響了循環(huán)
3.7<6.0結(jié)垢>7.5嚴重腐蝕
腐措施。
當t=20℃時，
1淡化海水分析和水質(zhì)類型判斷及腐蝕性評價
pHs=9.3+A+B-（C+D）
1.1淡化海水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)
=9.3+0.13+2.05-（0.1+0.9）
從淡化海水補水源頭采集了水樣，該水樣還
=10.48
未經(jīng)過碳鋼管道輸送，對該水進行了水質(zhì)分析，分
Isat=6.65-10.48=-3.83<0嚴重腐蝕
析結(jié)果見下表1。
Istab=2×10.48-6.65=14.31>7.5嚴重
表1淡化海水水質(zhì)分析表
腐蝕
（A，總?cè)芙夤腆w系數(shù)；B，溫度系數(shù)；C，鈣硬
分析項目
數(shù)據(jù)
分析項目
數(shù)據(jù)
度系數(shù)；D，M一堿度系數(shù)）
pH值
6.65
總堿度/（mg·L-1）
8.006
將上述的計算結(jié)果匯總在表2，從以上兩個
電導率/（us·cm1）
244
總硬/（mg·L-1）
10.01
濁度（NTU）
0.09
鈣硬/（mg·L-1）
0.32
收稿日期：2013-07-31
總/（mg·L-1）
0.01
總?cè)芄?（mg·L.-1）
132
作者簡介：劉國新，女，畢業(yè)于天津大學腐蝕與防護專業(yè)，學
CL-/（mg·L-1）
65.89
士，現(xiàn)在裝備研究院從事設備防腐和工業(yè)水處理工作，高級
工程師。
注：表中總堿度、總硬度、鈣硬度均以碳酸鈣計。
Email liuguoxinl008@sina.com
第35卷第1期
劉國新等，淡化海水補水管道的腐蝕與防護
33·
指標判斷，淡化海水新鮮水屬于嚴重腐蝕型水質(zhì)。
在陽極區(qū)，發(fā)生鐵的氧化反應：
Fe→Fe2++2e
表2淡化海水、新鮮水的水質(zhì)類型判斷
在陰極區(qū)，發(fā)上氫離子和氧的還原反應：
指數(shù)
水質(zhì)類型
2H++2e→H2
朗格利爾飽和指數(shù)Isat
一3.83<0嚴重腐蝕
1/202+H20+2e→2OH
雷茲納穩(wěn)定指數(shù)Istab
14.31>7.5嚴重腐蝕
Fe2++2OH-→Fe（OH）2
4Fe（OH）2+2H2O+O2→4Fe（OH）3
1.3淡化海水的腐蝕性評價
2Fe（OH）3+Fe（OH）2→Fe3O1+4H2O
為了驗證上述計算得出的結(jié)論，使用淡化海
電子通過金屬本體由陽極區(qū)傳向陰極區(qū)，在
水、新鮮水進行了旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕實驗1，也得出了
有氧的情況下，反應不斷進行。反應產(chǎn)物因水中
淡化海水腐蝕性非常強這一結(jié)論，與上面的指數(shù)
電解質(zhì)的存在及水的流動而不斷遷移出反應區(qū)
計算結(jié)果相吻合，見圖1。從圖1也可以看到腐
（去極化作用），相遇生成Fe（OH）2，在氧充足的
蝕相當嚴重，旋轉(zhuǎn)掛片結(jié)果見表3。
情況下，進一步氧化生成黃色FeOOH，F(xiàn)e2O3·
HO等；在氧不充足情況下，生成綠色的水合四
氧化三鐵或黑色的Fe3O4。淡化海水中Cl的存
在，會加速腐蝕的自催化過程。Cl-濃度越高，腐
蝕速度越快。
3淡化海水補水管道的防護措施
3.1加堿調(diào)節(jié)淡化海水的pH值
因為淡化海水的pH值小于7，顯酸性，腐蝕
圖1旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕照片（淡化海水、新鮮水）
性非常強，為了降低它的腐蝕性，首先想到的是加
堿提高它的pH值，來降低它的腐蝕性，通過旋轉(zhuǎn)
表3淡化海水的旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕實驗結(jié)果
掛片實驗確定了它的pH值運行范圍。
項目
數(shù)據(jù)
3.1.1實驗儀器
掛片材質(zhì)
20號鋼
旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕實驗儀器、2L燒杯。
掛片規(guī)格/mm
50×25×2.5
3.1.2實驗條件
實驗介質(zhì)：從淡化海水制水廠取的淡化海
實驗溫度/℃
20
水；實驗溫度：室溫18℃；實驗時間：48h；轉(zhuǎn)速：
轉(zhuǎn)速/（r·min-1）
75
75r/min；掛片材質(zhì)：20號鋼；掛片規(guī)格：50mm
實驗時間/h
24
×25mm×2.5mm。
腐蝕速率/（mm·y-1）
1.56
3.1.3實驗過程
分別往4個2L的大燒杯里倒人1800mL
2淡化海水補水管道腐蝕原因分析
淡化海水，之后用滴管慢慢加人1%氫氧化鈉溶
金屬材料通常含有大量的雜質(zhì)及非金屬夾雜
液，邊加堿，邊用酸度計測試溶液的pH值，使
物。金屬上的表面膜往往是不均勻的，當金屬表
4個標中溶液的pH值分別達到6.5～7.0，7.0～
面層有化學上的不均勻性或物理缺陷（縫隙、裂
7.5，7.5～8.0，8.0～8.5，安裝處理好的掛片開始
紋、小孔穴等）時.腐蝕就容易在這些薄弱環(huán)節(jié)上
旋轉(zhuǎn)腐蝕實驗。在實驗過程中，不斷向4個燒杯
發(fā)生。這些薄弱地方成為腐蝕電池的陽極，其他
中加入堿液，使pH值始終保持在上面的4個范
地方成為腐蝕的陰極，不均勻的碳鋼管道表面與
圍。實驗6.5h后拆下掛片，經(jīng)過處理、稱重、計
水（有溶解氧）接觸時形成許多微小的腐蝕電池，
算腐蝕速率。
形成陽極反應區(qū)和陰極反應區(qū)。當pH值<7.0
3.1.4實驗結(jié)果
時，陰極區(qū)不但發(fā)生氧去極化腐蝕、還發(fā)生氫去極
加堿提高pH值后淡化海水的腐蝕速率見
化腐蝕。
表4。
34.
石油化工設備技術
2014年
表4加堿提高pH值后淡化海水的腐蝕速率
現(xiàn)場使用的淡化海水，添加不同的水處理藥劑，在
pH值
6.5～7.07.0～7.57.5～8.08.0～8.5
掛片掛入一定時間后，測定水中的鐵離子含量.并
腐蝕速率/
0.2106
0.1996
0.15640.0978
在試驗結(jié)束后，測定碳鋼掛片的失重，計算腐蝕
（mm·y1）
率，由此，選出經(jīng)濟有效的方案。
3.1.5實驗結(jié)論
3.2.2.1實驗室旋轉(zhuǎn)掛片燒杯中淡化海水體積
1）淡化海水加堿提高pH值后，可以降低淡
的確定
化海水的腐蝕性，pH值控制在8.0以上。
淡化海水碳鋼輸送管道直徑為800mm，總
2）光靠加堿淡化海水的腐蝕率還是比較高，
長2000m，輸水流量為800m3/h。
這樣的水質(zhì)通過2km的碳鋼輸送管道后，出水
故：碳鋼表面積和淡化海水的體積比（mm2/
水質(zhì)的總鐵離子含是在1×10-6以上，濃縮倍數(shù)
dm3）=3.14×800×2000×1000÷（0.25×3.14
為4.0倍時，循環(huán)水總鐵離子含量仍然達到了
×8×8×2000×10）=5000（mm2/dm3）
4×10-5，循環(huán)水還是難以處理，所以光加堿是不
旋轉(zhuǎn)掛片實驗選用工型碳鋼掛片，每片掛片
夠的，它必須和其它防腐方法聯(lián)合使用。
的試驗表面積為2800mm2，每個燒杯中放入
3.2添加水處理藥劑降低淡化海水的腐蝕性
3片，總的試驗表面積為8400mm2。
通過上面的實驗可知，加堿能夠降低淡化海
現(xiàn)場碳鋼管道表面積和淡化海水的體積比=
水的腐蝕性，但是經(jīng)過補水管道后，出水的總鐵還
碳鋼掛片表面積和燒杯中淡化海水的體積比
不能達到循環(huán)水補水總鐵離子含量的控制要求
燒杯中淡化海水的體積=碳鋼掛片表面積÷
（≤0.5×10-“）。因為補水管道不能停運，不能在
現(xiàn)場碳鋼管道表面積和淡化海水的體積比=
原有的管道內(nèi)部襯防腐材料。經(jīng)研究，采用了往
8400÷5000=1.68L
補水管道中加入水處理藥劑的方法，使淡化海水
實驗中，在2L的燒杯中倒人1.68L淡化海
補水管道的總鐵降到0.5×10-6以下。同樣也進
水。實驗過程中液位始終保持在1.68L。
行了旋轉(zhuǎn)掛片實驗，從3組候選藥劑4個藥劑配
3.2.2.2海淡水在管道中停留時間的確定
方中篩選出最合適的一個。
海淡水在管道中的停留時間=0.25×3.14×
3.2.1實驗儀器
0.8×0.8×2000/800=1.256h
旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕實驗儀器、2L燒杯。
本實驗采用實驗進行1.5h（比現(xiàn)場的實際
3.2.2實驗條件的確定
時間1.256h稍長），分析水中的鐵離子含量。
該實驗，模擬了現(xiàn)場淡化海水補水輸送管道
3.2.3候選藥劑和加藥濃度
的碳鋼內(nèi)表面面積和淡化海水體積的比值，采用
候選藥劑和加藥濃度見表5。
表5候選藥劑和加藥濃度
第一組1號
第一組2號
第二組
第三組
藥劑
空白
B：
A
C
B：
A
藥劑濃度/10-6
0
35
10
10
5
12
88
10
3.2.4實驗方法
分和第一次的水和藥劑一致，繼續(xù)進行旋轉(zhuǎn)掛片
淡化海水制水廠采取加堿處理淡化海水，之
實驗，重新掛入1.5h后，測定實驗溶液中的總
后測定pH值、總鐵和總鋅含量，模擬現(xiàn)場的碳鋼
鐵，同樣在實驗24h和30h后，取出掛片，轉(zhuǎn)移
表面積和海淡水體積的比值，在實驗燒杯中分別
至另一組另外配制的試驗溶液繼續(xù)實驗，更換實
加人1680mL的淡化海水，根據(jù)各種藥劑加入
驗溶液1.5h后分別測定實驗溶液的總鐵，實驗
量，在兒個燒杯中分別添加各組水處理藥劑，分別
48h后結(jié)束實驗，拆下掛片進行處理，然后計算
測定各組溶液的pH值、總磷和鋅含量，之后分別
掛片腐蝕率，根據(jù)各個時間段的鐵離子濃度、加藥
掛入三片工型新掛片，進行旋轉(zhuǎn)掛片實驗，在掛片
量、掛片腐蝕率篩選出經(jīng)濟有效的藥劑。
掛入1.5h后，測定實驗溶液中的總鐵，6h后，取
3.2.5實驗過程和結(jié)果記錄
出掛片，轉(zhuǎn)移至另一組新配制的試驗溶液中，其成
實驗過程和結(jié)果記錄見表6。
第35卷第1期
劉國新等，淡化海水補水管道的腐蝕與防護
·35·
表6實驗過程和結(jié)果記錄
分析項目
空白
第一組1號
第一組2號
第二組
第三組
2010年5月27日8：55實驗開始
pH值
7.69
7.30
7.80
7.76
7.64
總磷/（mg·L-1）
0
4.05
2.40
3.50
4.55
鋅離子/（mg·L-1）
0
1.06
0.50
0.81
0.82
實驗1.5h后（5月27目10：25）
鐵離子/（mg·L-1）
1.940
0.333
0.944
0.304
0.463
實驗6h后（5月27日14：55）重新更換實驗溶液，更換實驗溶液1.5h后
鐵離子/（mg·L-1）
1.420
0.260
1.260
0.295
0.380
實驗24h后（5月28日8：55）重新更換實驗溶液，更換實驗溶液1.5h后
鐵離子/（mg·L-1）
1.120
0.377
5.010
0.404
0.600
實驗30h后（5月28目14：55）重新更換實驗溶液，更換實驗溶液1.5h后
鐵離子/（mg·L-l）
0.877
0.284
5.210
0.297
0.407
實驗48h后（5月29日8：55）結(jié)束實驗
腐蝕速率/（mm·y-1）
0.848
0.052
0.772
0.065
0.070
注：淡化海水總鐵離子含量為0.167mg/L
3.2.6實驗結(jié)論
4現(xiàn)場工業(yè)應用
從上述的實驗結(jié)果可以看到，第一組的1號
在淡化海水制水廠加入氫氧化鈉將pH值達
藥劑、第二組、第三組的腐蝕率均小于0.075
到8.0以上的基礎上，自2010年6月開始，水處
mm/y，但是第三組實驗1.5h后的總鐵離子含量
理藥劑廠家開始將選出的第二組水處理藥劑應用
有時超過了0.5×10-6，第一組1號藥劑和第二
到淡化海水補水管道中，為了檢驗加人藥劑后淡
組藥劑兩個藥劑配方腐蝕率和實驗1.5h后的總
化海水碳鋼輸送管道的腐蝕是否得到改善，對淡
鐵離子含量都能達到標準，但第一組1號藥劑加
化海水補水輸送管道出水端，也就是循環(huán)水、補充
藥量太大，不經(jīng)濟，因此最佳藥劑配方是第二組。
水進行了水質(zhì)分析，分析結(jié)果見表7。
表7加藥劑后淡化海水碳鋼輸送管道出口水質(zhì)分析數(shù)據(jù)
分析項目
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
控制指標
pH值
8.26
8.29
8.33
8.42
8.20
8.11
8.35
6.50～8.50
總鐵離子含量/（mg·L-1）
1.21
0.61
0.46
0.28
0.20
0.26
0.24
≤0.50
表7的分析數(shù)據(jù)表明，淡化海水補水管道通
2）淡化海水對碳鋼管道的腐蝕有2種，氫去
過采取加堿和水處理藥劑的聯(lián)合保護后，前兩個
極化和氧去極化腐蝕。
月由于管道內(nèi)有之前的腐蝕產(chǎn)物的影響，造成淡
3）如果淡化海水碳鋼補水管道可以在一段
化海水補水總鐵超標，自2010年8月開始，淡化
時間內(nèi)停運，可以將碳鋼管道內(nèi)表面清理干凈，之
海水補水輸送管道出水的pH值和總鐵離子含量
后加襯防腐材料，但在不能停運的情況下，只能采
均達到了補充水標準，因此可以說在淡化海水碳
取添加化學藥劑的辦法，因為淡化海水的pH偏
鋼補水管道采用加堿和水處理藥劑聯(lián)合防護方法
低，腐蝕性非常強，在現(xiàn)場采取了加堿和水處理藥
是非常有效的。
劑的聯(lián)合方法后，碳鋼補水管道的腐蝕速率大大
5結(jié)語
降低，淡化海水經(jīng)過碳鋼補水管道到達循環(huán)水場
1）淡化海水屬于低pH值、低硬度、低堿度、
的總鐵離子含量達到了0.5×10-8以下，處理以
高氯根的強腐蝕性水質(zhì)。
后該水質(zhì)適合作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補充水。

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