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中央空调冷却水系统的腐蚀

中央空调冷却水系统的腐蚀

3.2.1冷却水系统的金属腐蚀

3.2.1.1金属腐蚀的分类

金属腐蚀有多种分类方法。根据腐蚀所处的环境,可分为:干腐蚀、湿腐蚀、无水有机液体和气体的腐蚀、溶盐和熔渣中的腐蚀、熔融金属中的腐蚀五大类;按腐蚀机理可分为:化学腐蚀、电化学腐蚀以及物理腐蚀三大类;按腐蚀的形态可分为:全面腐蚀、局部腐蚀和应力腐蚀。应力腐蚀也常归于局部腐蚀的范畴。一般情况下采用腐蚀形态的分类法。此外,还有按金属材料、按应用范围或工业部门、按防护方法等来分类。

3.2.1.2全面腐蚀和局部腐蚀

(l)全面腐蚀。是指腐蚀分布在整个金属表面上.它可以是均匀的,也可以是不均匀的。由于金属表面从微观上存在阴阳极,形成极微小的腐蚀电池。这些微阳极和阴极大量分布在整个金属表面上。形成了全面腐蚀。由于这些阴阳极在碳钢组织中排列十分紧密,阴阳极并不分离,所以阴阳极的电位差极微小,也可以认为等于零。因其阴阳极面积基本相等,又覆盖在整个金属表面上,所以虽有腐蚀,但腐蚀相对较均匀。腐蚀产物在整个金属表面形成之后,又可能具有一定的保护作用,使腐蚀速度减慢。所以.全面腐蚀的危害性不是很大。设计时可以适当增加壁厚,留出金属允许腐蚀的速度.以保证一定的使用期。

(2)局部腐蚀。腐蚀只集中于金属的一定部位时,称为局部腐蚀。局部腐蚀电池中的阴阳极通常可宏观地辨认出来.阴阳极是分离的,并有电位差。一般阴极面积大于阳极面积。腐蚀面积较小较集中。腐蚀产物覆盖不全面,没有保护作用。因此,局部腐蚀的速度比全面腐蚀的速度快。可以在短期内使金属腐蚀穿孔或龟裂,故危害性也比全面腐蚀大。

3.2.1 .3冷却水中产生局部腐蚀的原因

对中央空调冷却水系统来说,局部腐蚀可能是由于以下原因引起的。

(1)用保护膜或涂料抑制腐蚀时.保护膜局部破裂或涂料局部脱落,这些破裂或脱落的地方属阳极.因而受到腐蚀。

(2)金属本身有缺陷,如表面有切割、擦伤、缝隙或应力集 的地方,这些局部和其他地方相比,电位特别低.因此造成阳极而受到腐蚀。

(3)致密的碳酸钙水垢,可以保护碳钢不受水的腐蚀。因此,当水垢局部剥离时.露出的金属部分就成为阳极,腐蚀便在这些地方进行。因此,旧的中央空调冷却水系统在开车前必须将老垢清洗干净,以减少局部腐蚀。

(4)金属表面所接触的水溶液中.由于氧的浓度不同.形成氧的浓藻电池.富氧部分为阴极,而缺氧部分则成为阳极受到腐蚀。

(5)金属表面局部附着的沙粒、械化膜、沉积物等使干净的表面成为阴极,而粘附杂质的不干净部分则由于缺氧而形成阳极.在这些粘附杂质的下面,容易形成缝隙腐蚀。

点蚀、斑点腐蚀、缝隙腐蚀、选择性腐蚀、晶间腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀以及微生物腐蚀均属于局部腐蚀。防止局部腐蚀是中央空调冷却水中金属防腐的关键。

3.2.2冷却水系统中常见的金属腐蚀类型

在中央空调的水系统中,大多数设备是金属制造的。对于碳钢、铜或镀锌管的设备,长期使用冷却水和冷冻水,会发生腐蚀穿孔。其腐蚀是由各种因素造成的。常见的有以下几种腐蚀。

3.2.2.1溶解氧腐蚀

溶解氧腐蚀是碳钢在水中的全面腐蚀类型。冷却水在溶解有一定浓度的O和在1个大气压、20℃时,O的溶解度是9.2 xlo一3 g/J.CO的溶解度是1.739/L,并且在冷却水系统中.水与空气能够充分接触,因此水中溶解的O可达到饱和状态。当碳钢与溶有O:的水接触时.由于金属表面的不均一性和水的导电性,在碳钢表面会形成很多腐蚀微电池,微电池在阴极区和阳极区分别发生下列的氧化反应和还原反应:

产生的FoZ()3结构疏松.无保护作用。这些反应会使微电池的阳极区的金属不断溶解而被腐蚀。在中央空调循环冷却水系统冷态运行的换热面或非传热面上.当未加缓蚀剂时,常发生这种腐蚀,即在金属表面形成一层浮锈,当锈层生成之后,腐蚀速度逐渐下降,未经预膜的腐蚀挂片置于未加人缓蚀剂的水中.常常在一两天内即产生一层浮锈.就是这种浮锈。

3.2.2.2点蚀

点蚀又称为孔蚀或坑蚀。其主要特征是在金属表面上产生某些呈点状或小孔状的局部腐蚀。蚀孔有大有小,多数情况下为小孔。一般来说,点蚀表面直径等于或小于它的深度。只有十几微米,分散或密集分布在金属表面上,多数为腐蚀产物所覆盖,少数呈开放式。有的成蝶形孔,有的是小而深的孔.也有的孔甚至使金属板穿透。图3一1为点蚀的几种形貌示意图。

点蚀是中央空调冷却水循环系统中破坏性和隐患大的腐蚀形态之一它会使设备穿孔损坏,而这时的失重仅占整个结构很小的百分数。检查和发现孔蚀常常是很困难的,因为蚀孔极小,通常又被腐蚀产物或沉积物所覆盖。点蚀特别有害,因为它是一种局部的、剧烈的腐蚀形态。孔蚀严重的设备会在突然之间发生穿孔导致泄漏.使人措手不及。

点蚀是金属溶解的一种独特形式,都是大阴极小阳极。从点蚀形成的机理而言,蚀孔的阳极溶解是一种自催化过程。金属M(例如铁、铝等)在蚀孔内溶解.生成金属离子M,使得蚀孔内正电荷不断积累,结果使蚀孔内的氯离子迁移到蚀孔中以维持孔内溶液的电中性,金属离子和Cl浓度升高发生水解:

H的增加导致溶液pH值的下降.高浓度的H和Cl又能够促使多数金属的溶解.发生自催化作用:

由于氧的阴极腐蚀反应是发生在蚀孔周围的表面,使周围金属得到了阴极保护.因而抑制了蚀孔周围的全面腐蚀。孔越小,阴、阳极面积比越大,穿孔越快。

冷却水中大多数的点蚀与水中的卤素离子有关,尤以氯离子、溴离子的影响为甚。不同的金属和合金状态对抗点蚀的效果也不相同,普通碳钢比不锈钢耐点蚀的能力要高一些。

防止中央空调冷却水系统中点蚀的方法如下。

(1)控制循环冷却水中氯离子的浓度,对于碳钢,氯离子浓度应控制在5oomg/I以下.对于不锈钢则控制在300mg/I以下。

(2)选用耐蚀的金属或合金(如钛合企)或在金属材料中加人少量的铝、镍、钒、硅等元素以提高金属材料的耐点蚀性能。如在18一8不锈钢(304型)中加人2%的钼制成18一8钼不锈钢(316型),其耐点蚀性能可大大提高。

(3)向冷却水中加入缓蚀剂。加铬酸盐、聚磷酸盐、锌盐、硅酸盐等缓蚀剂,可以防止或减轻水中金属的点蚀。

(tl)对冷凝器进行阴极保护。

3.2.2.3缝隙腐蚀

所谓缝隙腐蚀就是金属表面被覆盖部位在某些环境中产生局部腐蚀的一种形式。浸泡在冷却水中的金属表面,当其处在缝隙或其他隐蔽的区域内时,常会发生强烈的局部腐蚀。这种腐蚀常常发生在垫片底部、搭接缝、表面沉积物下面以及螺帽、铆钉帽下面的缝隙内,因此它又常被称为沉积(物下)腐蚀、垫片腐蚀等。

缝隙腐蚀的产生有两个条件:一是要有危害性阴离子(如 Cl)的存在;二是要有滞留的缝隙。作为一个腐蚀部位,缝隙要宽到足够能使液体进入,但又要窄到能保留一个滞留区。一般认为宽度在0.o25mm以下就会导致缝隙腐蚀.宽度在0.3mm以上时则很少发生缝隙腐蚀。

在中央空调循环冷却水中,如果对杀菌灭藻采取的措施不力,或对污泥软垢等沉积物控制不好,就会产生缝隙腐蚀。碳钢换热器上沉积物下面碳钢的腐蚀。就是缝隙腐蚀的实例。

(1)缝隙腐蚀的机理是:氧浓差电池和闭塞电池自催化效应的共同作用。

在缝隙腐蚀初期,阳极溶解金属生成金属离子M,而阴极的氧被还原,由于氧在缝隙中对流不畅而被消耗贫化.使得在缝隙溶液中有B 过剩的正电荷,这就吸引缝隙外溶液中的负离子(如CI)移向缝隙内,以维持电荷平衡. 所生成的金属氯化物在水中水解成不溶的金属氢氧化物和游离酸。即:

结果使缝隙内pH值下降,可达2~3,这样CI和低pH值共同加速了缝隙腐蚀。缝内金属离子进一步过剩又促使Cl迁人缝内,形成金属盐类。经水解.酸度会增加,更加速金属的溶解,这与自催化点蚀有点相似。

凡耐蚀性依靠氧化膜或钝化膜的金属或合金,例如不锈钢或碳钢.在高Cl浓度和高H浓度的情况下,缝隙内钝态易遭到破坏,因此更容易发生缝隙腐蚀。

(2)防止冷却水系统中发生缝隙腐蚀的措施如下。

①防止和除去金属水冷设备表而的沉积物。例如.在中央空调冷却水中加人酸类或阻垢剂和分散剂,以防止产生污垢和沉积物;定期进行物理清洗和化学清洗。

②降低冷却水中氯离子的浓度。

③合理设计。尽量避免产生缝隙。焊接比铆接或螺钉连接好。对焊优于搭焊,搭焊时缝隙要连续。例如,在换热器管板之间的连接宜用焊接而不宜用胀接.以消除缝隙。

④酌情采用耐蚀材料、阴极保护等相应措施。

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