唐立慶

摘 要：通過(guò)一系列單因素、多因素正交試驗(yàn)，探討不同F(xiàn)e3+、H+濃度、不同溫度條件下，F(xiàn)e3+、H+ 對(duì)鍋爐本體鋼材的腐蝕作用，并為鍋爐酸洗提供參數(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鍋爐酸洗；Fe3+、H+腐蝕源；溫度

1 前 言

鍋爐在酸洗過(guò)程中對(duì)鍋爐本體產(chǎn)生腐蝕的物質(zhì)一般說(shuō)來(lái)只有兩種，一種是酸洗液中的酸，即H+離子，一種是酸洗液與垢下腐蝕產(chǎn)物作用產(chǎn)生的氧化性物質(zhì)Fe3+及鍋爐本體與H+ 作用時(shí)產(chǎn)生的氧化性物質(zhì)Fe3+。這兩種物質(zhì)都能與鍋爐本體鋼材發(fā)生電化學(xué)腐蝕作用。為了減緩H+對(duì)鍋爐本體腐蝕，我們通常加入高效優(yōu)質(zhì)緩蝕劑；為減緩Fe3+對(duì)本體腐蝕，我們通常在酸洗液中加入還原性物質(zhì)或絡(luò)合劑，降低酸洗液中Fe3+濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)。鍋爐酸洗過(guò)程，F(xiàn)e3+、H+濃度一般控制在1000mg/l以下，H+濃度一般為3%—5%左右。

本文試圖通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)來(lái)確定不同F(xiàn)e3+、H+濃度，不同反應(yīng)溫度條件下，鍋20鋼的受腐蝕狀態(tài)， 并企以此為鍋爐酸洗提供技術(shù)參數(shù)。

2 腐蝕試驗(yàn)

2.1 材料及試劑

試片：根據(jù)鍋爐材質(zhì)為G20鋼，故選用G20鋼，規(guī)格為3×12×35的試片并經(jīng)表面處理， 使其光潔度為Ra<0.4um，然后測(cè)其表面積S和重量【1】。

試劑：鹽酸 分析純，湖南株洲化學(xué)工業(yè)研究所

三氯化鐵（含六個(gè)水） 分析純，湖北仙桃化學(xué)試劑廠

IS-129 湖北中天緩蝕劑廠

2.2 試驗(yàn)方法及結(jié)果

根據(jù)鍋爐酸洗控制條件【1】【3】，按不同濃度Fe3+單存、不同濃度H+單存、不同濃度Fe3+、H+共存三種情況分別在45℃、50℃、60℃條件下進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，試驗(yàn)緩蝕劑用量可按《DL/T 523-2007化學(xué)清洗劑應(yīng)用性能應(yīng)用評(píng)價(jià)指標(biāo)及試驗(yàn)方法》規(guī)定的0.3%配制，試驗(yàn)時(shí)間3小時(shí)。腐蝕速率計(jì)算方法如下：

金屬腐蝕速度（V）= （g/m2.h） 【1】

其中：m1—試片腐蝕試驗(yàn)前質(zhì)量

m2—試片腐蝕試驗(yàn)后的重量（g）。

S—試片表面積（m2）。

t—腐蝕反應(yīng)的時(shí)間。

試驗(yàn)結(jié)果如表一

3 結(jié)果討論

3.1 酸洗液濃度越高，腐蝕性越大

比較表一所有27組數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)腐蝕速度的最大均發(fā)生在最大濃度（Fe3+、H+）和最高溫度值的因素條件組合試驗(yàn)。這說(shuō)明金屬腐蝕速度與腐蝕液（即反應(yīng)物）濃度有一定的相依關(guān)系，腐蝕液濃度越大，金屬在腐蝕液中的腐蝕速度就越大。因?yàn)榉磻?yīng)物濃度越大，其中活化分子濃度就高，有效反應(yīng)的碰撞次數(shù)就越多，反應(yīng)速度也就越快，表現(xiàn)在腐蝕上，腐蝕速度就越大。另外由于Fe3+/Fe、H+/Fe的腐蝕都是電化學(xué)腐蝕，根據(jù)能斯特方程，當(dāng)溫度一定時(shí)，電化學(xué)腐蝕的原電池電位【2】為：

由于溫度一定，R、F為常數(shù)，對(duì)特定的試驗(yàn)，△E°、n是一定的【2】，能斯特方程可寫(xiě)成：

由公式可以看出，當(dāng)反應(yīng)物濃度增大時(shí)電化學(xué)腐蝕的原電池電位差越大，腐蝕越容易發(fā)生，腐蝕速度越大，同時(shí)同公式還可以推測(cè)出：腐蝕開(kāi)始時(shí)腐蝕速度應(yīng)該越大，因?yàn)榇藭r(shí)生成物濃度很小，而反應(yīng)物濃度很大，腐蝕的電池電位差就較大，腐蝕也就越容易發(fā)生。在鍋爐酸洗過(guò)程中我們應(yīng)盡量控制的鹽酸及酸洗液中Fe3+濃度不能超標(biāo)。

3.2 溫度越高，腐蝕越快

比較表一試驗(yàn)結(jié)果，可以得出腐蝕速度與腐蝕反應(yīng)的溫度存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，即反應(yīng)溫度越高，腐蝕速度越大。

比較表一同濃度不同溫度下的金屬腐蝕速度可以看出：溫度每升高5℃，金屬腐蝕速度就要升高約30%─40%。 從理論上講，溫度升高，物質(zhì)顆粒運(yùn)動(dòng)加快，有效碰撞次數(shù)增加，反應(yīng)速度提高，而從能斯方程來(lái)看：

式中R、F也是常數(shù)。另外本試驗(yàn)是H+對(duì)Fe、Fe3+對(duì)Fe的腐蝕，△E°、n為常數(shù)。由此可知腐蝕反應(yīng)的電池電位差與溫度T正相關(guān)。溫度升高，電池電位差增大，反應(yīng)容易發(fā)生，腐蝕速度越快。

根據(jù)上面分析可以得出溫度因素是我們?cè)阱仩t酸洗過(guò)程中特別注意的因素。比較表一試驗(yàn)結(jié)果，酸洗溫度選擇在50℃左右為宜，它與45℃相比腐蝕速度相差不大，但除垢速度卻要快得多。如果溫度太低，除垢速度慢，如果溫度太高對(duì)鍋爐本體腐蝕大。

3.3 高效緩蝕劑能大幅減少酸性腐蝕。

比較表一試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)H+單獨(dú)存在時(shí)，在同等溫度下盡管H+濃度相差大，但是兩組試驗(yàn)的金屬腐蝕速度卻相差不大，說(shuō)明在高效優(yōu)質(zhì)的緩蝕劑作用下，H+對(duì)Fe的腐蝕作用已經(jīng)降低到了最小程度，也就是說(shuō)鍋爐酸洗時(shí)只要緩蝕劑選擇得當(dāng)，酸液濃度大小不一定是引起酸洗腐蝕加劇或酸洗過(guò)洗的主要原因。

3.4 Fe3+濃度越大，腐蝕越大

比較表一試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)試驗(yàn)液中只有Fe3+單存存在時(shí)同一溫度下的腐蝕速度與Fe3+濃度有比較明顯的線性關(guān)系。根據(jù)能斯特公式：

其中0.771為Fe3+/Fe2+電極對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電極電位

可知Fe3+濃度越大，F(xiàn)e3+對(duì)Fe 的腐蝕的電池電位也就越大，反應(yīng)越快，腐蝕速度越大。Fe3+濃度在鍋爐酸洗過(guò)程中是一個(gè)比較值得注意的因素，應(yīng)引起足夠的重視。尤其是氧腐蝕和垢下腐蝕較嚴(yán)重的鍋爐酸洗時(shí)更應(yīng)該注意酸洗液中的Fe3+濃度，以防止Fe3+對(duì)Fe的腐蝕引起過(guò)洗【3】。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，鍋爐酸洗時(shí)應(yīng)在酸洗加藥中加入一定量的還原性物質(zhì)或類(lèi)似EDTA的絡(luò)合劑【2】，消耗酸洗液中的Fe3+量，減輕Fe3+對(duì)鍋爐本體的腐蝕【3】。

3.5 Fe3+、H+共存時(shí)Fe3+、H+兩種腐蝕源在鍋爐酸洗過(guò)程中有協(xié)同作用

比較表一試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)溫度和H+ 濃度相同的條件下，F(xiàn)e3+、H+共存時(shí)腐蝕速度大于H+單存或Fe3+單存條件下的金屬腐蝕速度。

說(shuō)明Fe3+、H+共存時(shí)Fe3+、H+兩種腐蝕源在鍋爐酸洗過(guò)程中有協(xié)同作用，是互相影響，互相疊加的。

4 結(jié)論

4.1 鍋爐酸洗時(shí)如果緩蝕劑的緩蝕效應(yīng)很高（>98%），可適當(dāng)提高酸洗液中鹽酸濃度，以利加快除垢速度，縮短酸洗時(shí)間。

4.2 Fe3+腐蝕作用較大，而且腐蝕速度與濃度有線性關(guān)系，鍋爐酸洗加酸時(shí)一并加入適量的還原劑或類(lèi)似EDTA的絡(luò)合劑以還原Fe3+或絡(luò)合Fe3+使之不能參與腐蝕作用，從而消除Fe3++對(duì)Fe的腐蝕作用，減少酸洗過(guò)程中過(guò)洗因素。

4.3 酸洗溫度對(duì)腐蝕有較大影響，我個(gè)人認(rèn)為應(yīng)控制在50℃左右，這樣既有利于加快除垢，同時(shí)對(duì)鍋爐的腐蝕影響又不大。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《 DL/T 794-2012火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》

[2] 《無(wú)機(jī)化學(xué)》上冊(cè)（第二版），大連理工學(xué)院編，高等教育出版社出版。

[3] 《熱電發(fā)電廠水處理》下冊(cè)（第三版），武漢水利電力大學(xué)編，中國(guó)電力出版社出版。