水垢分析武汉大学.PPT

第7章 热力设备的腐蚀及防止 §7.1 金属腐蚀的基本理论 (1)电极电位 将一块金属插入电解质溶液中时所构成的体系，称为电极。电厂中所有与水相接触的热力设备均可看作为这样的电极。 金属是以金属晶体的形式存在的，在金属晶体中，金属的原子和金属的阳离子构成晶体的晶格结点，自由电子在晶格间的孔隙中作无规则运动，通过静电引力使各晶格结点的金属原子或金属阳离子紧密联系起来，也使各晶格结点在金属原子和金属离子之间不断相互转化。 当金属与水溶液接触时，由于极性水分子的水合作用，使金属阳离子脱离其表面形成水合离子溶入水溶液中，反应如下： Fe+nH2O=Fe2+·nH2O+2e 由于金属阳离子脱离金属表面，而自由电子仍留在金属上，因此金属带负电，水溶液带正电。通过静电引力，溶液中的过剩阳离子紧紧靠近金属表面，与金属上的多余负电荷形成双电层。随着金属的不断溶解，金属中的负电荷越来越多，其对于金属阳离子的束缚作用越来越强，金属的溶解速度逐渐降低。另一方面，水溶液中的金属阳离子可以摆脱水分子的水合作用而返回到金属的表面发生沉积，同样随着金属的不断溶解，随着金属的不断溶解，金属中的负电荷越来越多，其对于金属阳离子的束缚作用越来越强，金属的溶解速度逐渐降低。另一方面，水溶液中的金属阳离子可以摆脱水分子的水合作用而返回到金属的表面发生沉积，同样随着金属的不断溶解，这种沉积的趋势将越来越强，即金属离子的沉积速度逐渐增大。当金属与溶液之间发生的这种溶解和沉积的速度相等时，则电极反应达到动态平衡：此时，双电层中正负电荷的数量相对稳定，溶液中的过剩离子数量亦稳定。 金属的电化学腐蚀是由腐蚀电池作用引起的，其腐蚀速度决定于此腐蚀电池所产生电流的大小，据此，可估算出腐蚀速度。在腐蚀电池中，金属本体就是它的外电路。照此说来，其电流应该很大，腐蚀速度很快，但是实际上腐蚀速度要远远小于估算值。这是因为当电池形成闭合回路后，即使时间很短，其两极的电位差也会比原先的数值小得多。这种电位差比起始值减小的现象称为极化。当电池接通后，阴极电位变低(称为阴极极化)，阳极电位变高(称为阳极极化)，从而导致阴极和阳极的电位差变小。极化的结果是腐蚀速度大幅度降低。 通常，在腐蚀电池中阳极极化的程度不大，只有当阳极上因氧化产物的积累使金属表面状态发生了变化，产生了所谓钝态的情况下，才显示出显著的极化。而在阴极部分，假使接受电子的物质不能迅速地扩散，或者阴极反应产物不能很快被排走，则由于金属传送电子的速度很快，由阳极传送过来的电子就会堆积起来，产生阴极极化。 由此可见，在发生电化学腐蚀的情况下，溶液中必定有易于接受电子的物质，这些物质在阴极上接受电子，消除阴极的极化，使腐蚀速度加快。这种消除或减小电极极化的作用称为去极化。起去极化作用的物质称为去极化剂。例如，当水中有溶解氧(O2)时，水中溶解氧将会消耗阴极上的自由电子起去极化作用： O2+2H2O+4e = 4OH— 这种水中溶解氧充当去极化剂发生的金属腐蚀过程称为吸氧腐蚀（氧的去极化腐蚀）。当水溶液的pH值较低时，水中H+浓度大，此时H+就是去极化剂，它的去极化作用为： 2H++2e = H2 这种氢离子充当去极化剂，发生的金属腐蚀过程称为析氢腐蚀（氢的去极化腐蚀）。 (3) 腐蚀部位 在给水系统中，最易发生氧腐蚀的部位是给水管道和省煤器，当给水含氧量高或除氧器运行不正常时，有可能造成锅炉内发生氧腐蚀。另外，补给水管道以及疏水箱等也会发生严重的氧腐蚀。 1.2 游离二氧化碳腐蚀 (1) 腐蚀机理 当水中有游离CO2存在时，CO2与水发生如下反应，使水呈酸性： CO2+H2 O ? H2CO3 ? H++HCO3— 这样水中的H+增多，会产生如下的氢去极化腐蚀： 从腐蚀电池的理论可知，CO2腐蚀就是水中含有酸性物质而引起的氢去极化腐蚀。 (2) 腐蚀特征 二氧化碳腐蚀生成的产物都是易溶物，它不象氧腐蚀那样产生溃疡，而是均匀地使管壁变薄，腐蚀产物被水带人锅炉内。 (3) 腐蚀部位 在热力系统中，最易发生CO2腐蚀的部位是凝结水系统。因为凝结水中CO2含量高，水中含盐量少，缓冲能力差，所以只要水中含有少量CO2，就会使其pH值显著降低。热力系统中的CO2来源于补给水和漏人凝结水中的冷却水带人的碳酸化合物(HCO3—、CO2、CO32—)，这些碳酸化合物，经过除氧器后可除去大部分CO2，HCO3—可部分或全部分解。经过除氧器后给水中的碳酸化合物主要是CO32—和HCO3—，它们进入锅炉后全部分解，放出CO2，反应如下： 2HCO3— = CO2↑+H2O+