水的腐蝕性？我們?nèi)粘Ｉ钪刑焯旖佑|水，也沒看到它對(duì)我們的身體造成任何腐蝕啊？別急，這里說的水的腐蝕性，是指自然界中存在的水對(duì)金屬構(gòu)件和設(shè)備產(chǎn)生的腐蝕作用。水中常見的腐蝕是電化學(xué)腐蝕，水中的溶解氧，金屬，和水中的各種導(dǎo)電離子組成一個(gè)腐蝕電池，其原理如下：

我們知道，水是萬能溶劑，自然界的水中有懸浮物，泥沙，各種陰陽離子，氣體，以及微生物和藻類等。在水中，除了發(fā)生一般的電化學(xué)腐蝕外，某些條件下（如厭氧環(huán)境）也會(huì)發(fā)生微生物腐蝕，微生物雖然并不直接引起金屬的腐蝕，但它們的分泌物或沉積物下金屬表面則常發(fā)生腐蝕。

一般情況下，產(chǎn)粘泥細(xì)菌、鐵沉積細(xì)菌、產(chǎn)硫化物細(xì)菌和產(chǎn)酸細(xì)菌，它們引起的金屬腐蝕速率較大。除了鈦合金具有耐微生物腐蝕能力外，其他合金幾乎都發(fā)生過微生物腐蝕的實(shí)例。

02 冷卻水的腐蝕

水中的腐蝕，按照腐蝕形態(tài)可以分為：均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、磨損腐蝕、應(yīng)力腐蝕和氫損傷等。腐蝕一直都在發(fā)生，不可避免。

冷卻水中，影響腐蝕的因素很多，概括起來可以分為化學(xué)因素、物理因素和微生物因素。我們希望將腐蝕速率控制在可接受的范圍內(nèi)，以便盡量延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

03 影響腐蝕速率的主要因素

影響冷卻水腐蝕速率的主要因素有：pH值、溶解氧、電導(dǎo)率、各種陰陽離子、硬度，緩蝕劑投加，流速、溫度、余氯、水中其他雜質(zhì)等。下面分別介紹：

pH值：pH值偏酸性時(shí)，碳鋼表面不易形成保護(hù)膜，而且H+又是很好的去極化劑，促進(jìn)腐蝕電池陰極電子的轉(zhuǎn)移，故pH值偏酸性時(shí)，其腐蝕速率要比pH值偏堿性時(shí)高。但是pH升高，又會(huì)增加結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。因此，冷卻水中，為了控制結(jié)垢和腐蝕的平衡，人們常將冷卻水pH控制在一定范圍內(nèi)，比如常見的敞開式冷卻水系統(tǒng)pH控制在8.0-8.8。具體每個(gè)系統(tǒng)的控制范圍需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確認(rèn)。

陰離子：金屬的腐蝕速率與水中陰離子的種類有密切關(guān)系。冷卻水中Cl^-、Br^-、I^-等活性離子能破壞碳鋼、不銹鋼和鋁等金屬或合金表面的鈍化膜，增加腐蝕速率，因此，這幾個(gè)離子是冷卻水中要控制的離子，尤其是氯離子，常被重點(diǎn)監(jiān)控。水中的鉻酸根、亞硝酸根、硅酸根和磷酸根等陰離子能鈍化鋼鐵或生成難溶沉淀物而覆蓋金屬表面，起到抑制腐蝕的作用，因此，這幾個(gè)陰離子是緩蝕劑成分的常客。鉻酸根和亞硝酸根常在閉路冷卻水緩蝕劑中看到，而磷酸根常在開路冷卻水碳鋼緩蝕劑中存在。

硬度：硬度過高時(shí)會(huì)結(jié)垢，而且在一定條件下會(huì)引起垢下腐蝕。但如果硬度太低，緩蝕劑與鈣鎂離子在金屬表面難以形成保護(hù)膜(緩蝕劑膜)，對(duì)緩蝕效果也會(huì)有影響。以磷系配方為例，Ca²⁺一般不得小于30mg/L，否則難以形成磷酸鈣的保護(hù)膜而影響緩蝕作用。

金屬離子：一些重金屬離子如銅、銀、鉛對(duì)碳鋼、鋁、鎂、鋅這幾種常用金屬起有害作用。在酸性溶液中Fe³⁺具有強(qiáng)烈的腐蝕性。鋅離子在冷卻水中對(duì)碳鋼則有緩蝕作用。因此，鋅鹽被廣泛用作冷卻水緩蝕劑中，在敞開式循環(huán)冷卻水中，磷鋅體系常作為碳鋼緩蝕劑的首選。

溶解的氣體：常見的溶解氣體有氧氣、二氧化碳、硫化氫、二氧化硫、氨等，在敞開式冷卻水中，這些氣體濃度增加，均會(huì)增加金屬的腐蝕速率。一般通過添加殺菌劑，將冷卻水中微生物和藻類控制在一定水平來降低這些氣體的影響。

含鹽量： 一般情況下，含鹽量增高會(huì)使水的導(dǎo)電性增大，易發(fā)生電化學(xué)作用，增加腐蝕速率。另外，含鹽量增加還會(huì)影響Fe(OH)₂的膠體狀沉淀物的穩(wěn)定度，使保護(hù)膜質(zhì)量變差，增加腐蝕速率。一般來說，隨著含鹽量增加，腐蝕速率上升，而在鹽溶液濃度大于0.5mol/L后，腐蝕速率開始減小。主要是因?yàn)楹}量增加，可使氧的溶解度下降，導(dǎo)致腐蝕速率降低。

懸浮物：水中懸浮物的增加會(huì)加大腐蝕速率。主要是懸浮物本身會(huì)吸附水中的緩蝕劑，降低緩蝕劑的效果。另外，懸浮物的沉積會(huì)引起沉積物下金屬的氧濃差電池腐蝕，使局部腐蝕加快，同時(shí)懸浮物的沉積，還會(huì)阻礙緩蝕劑到達(dá)金屬表面，從而影響緩蝕劑的緩蝕效果。

因此，冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行中一般要求采取旁濾措施，濁度控制越低越好（懸浮物與濁度呈正相關(guān)，濁度檢測(cè)方便，因此，常用濁度作為控制指標(biāo)）。對(duì)于管式換熱器，冷卻水濁度最高不超過20NTU，對(duì)于有板式換熱器的系統(tǒng)，濁度控制在10NTU以下。

流速：冷卻水流速一般在設(shè)計(jì)時(shí)就確定了，后期運(yùn)行時(shí)可變化的空間不大。一般水流速度在0.6～1.0m/s時(shí)，腐蝕速度最小。流速過低，會(huì)造成傳熱效率低和懸浮物沉積，故冷卻水流速管程水冷器一般在1.0m/s左右，殼程水冷器在0.5m/s以上為宜。

溫度及熱負(fù)荷：一般情況下，金屬的腐蝕速率隨溫度增加而增加，溫度每升高10℃，腐蝕速率會(huì)增加一倍。在敞開式冷卻水中，由于溫度升高會(huì)降低溶解氧含量，因此，到80℃時(shí)腐蝕速率達(dá)到最大后會(huì)掉頭向下，這是因?yàn)闇囟壬咚鸬姆磻?yīng)速率的增大不如溶解氧濃度減少所引起的反應(yīng)速率的下降大。一般情況下，夏天腐蝕速率增加，主要是溫度所致。

熱負(fù)荷對(duì)金屬的腐蝕速率起促進(jìn)作用。熱負(fù)荷大會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，保護(hù)膜易被破壞；同時(shí)熱負(fù)荷高也會(huì)使金屬表面生成蒸汽泡，對(duì)保護(hù)膜有機(jī)械損傷作用。熱負(fù)荷高使鐵電極電位降低，使腐蝕加速。故總的說，熱負(fù)荷高促使腐蝕加速。

余氯：微生物和藻類的沉積會(huì)引起腐蝕，同時(shí)一些微生物的新陳代謝產(chǎn)物也促使腐蝕加速。因此冷卻水中微生物控制很重要，一般控制冷卻水異養(yǎng)菌不高于1.0x10⁵CFU/ml。從性價(jià)比方面考慮，冷卻水中常用含氯殺菌劑搭配非氧化殺菌劑來控制微生物和藻類。余氯高，殺菌效果好，但是會(huì)增加腐蝕速率。對(duì)于碳鋼來說，余氯高于0.4mg/L就會(huì)有明顯的腐蝕速率增加。對(duì)于銅和不銹鋼設(shè)備，余氯濃度可耐受到2.0mg/L。

其他因素：冷卻水中往往含有泥土、砂粒、焊渣以及腐蝕產(chǎn)物等不溶性物質(zhì)，這些物質(zhì)有些是從空氣中進(jìn)入的，有些是安裝時(shí)帶入的，也可能是在運(yùn)行中生成的。這些不溶物一方面易在滯流區(qū)域沉積造成垢下腐蝕，另一方面隨水流沖擊管壁，對(duì)硬度較低的金屬或合金（例如銅管）會(huì)產(chǎn)生磨損腐蝕。

結(jié)語

總之，影響冷卻水系統(tǒng)腐蝕的因素有很多，對(duì)于具體系統(tǒng)，需要從多方面考慮，首先在設(shè)計(jì)階段，盡量選用耐腐蝕的材料；日常運(yùn)行過程中，選用合適的加藥方案，合理控制藥劑添加量和水質(zhì)指標(biāo)，這樣才能保證系統(tǒng)的”長(zhǎng)治久安”。

參考文獻(xiàn)：周本省，工業(yè)水處理技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，82-87頁。