发电机内冷水中溶解气体对铜导线的腐蚀试验研究

申军锋 陈 铭

（深能合和电力〈河源〉有限公司 广东 河源 517000）

1 内冷水溶解气体与铜腐蚀的理论关系

1.1 溶解氧对铜腐蚀的影响

水中溶解氧具有双重性质，一方面，溶解氧作为阴极去极化剂会引发铜的腐蚀，促进不稳定的氧化物生成；而另一方面，一定条件下，溶解氧与铜发生反应生成的氧化物在又形成保护膜，有效阻止其进一步腐蚀[1]。

1.2 溶解二氧化碳对铜腐蚀的影响

水中二氧化碳对铜导线的腐蚀作用体现在降低水的pH并破坏铜表面的保护膜。发电机冷却水近于纯水，缓冲性很小，少量二氧化碳的溶解就会使水的pH值急剧下降，可降至5.0～6.0。

2 溶解气体与铜腐蚀试验

表1 空气中CO2对pH8.7的溶液的电导率、pH随时间的变化

2.1 为明确CO2降低碱性溶液pH值的速度，进行了如下试验，即将浓氨水用新制除盐水配制成pH为8.7，初始电导率3.60μs/cm的溶液，各取600mL放置于两个烧杯中，一烧杯内的水用来测量电导率，另一烧杯内的水用来测量pH，数据记录如表1。

从表1中数据可以看出，在很短时间内，溶液pH由8.7降至7.0以下，说明水溶液pH随时间的变化很快，而电导率变化不。因此如果系统的密封性太差，内冷水会因CO2的溶入而使pH明显降低,从而导致空芯铜导线内表面的保护膜遭到破坏而加剧腐蚀。

2.2 试验方法与步骤

在敞开体系和密闭体系中采用静态挂片法进行试验。

（1） 敞开体系

采用30mm×10mm×5mm的紫铜试片，用金相砂纸打磨至1000#，用丙酮除油后，浸泡在无水乙醇中1min，取出，经干燥处理后，称重，悬挂于已经装满碱性水溶液的锥形瓶中，浸泡72h后，将试片取出，用橡皮擦除表面黏附物质，用丙酮和无水乙醇清洗干净后，干燥、称重、测量尺寸，同时用双环己酮草酰二腙显色法测定试液中的铜含量。

（2）密闭体系

试片用上述方法处理后称重、挂片、组装并密封体系，广口瓶注水，体系末端连接带有溶氧仪探头的锥形瓶，根据需要的溶解氧浓度控制通氮时间，得到不同溶解氧浓度的试液，挂片时间持续72h。

2.3 试验结果

（1）敞开体系和密闭体系铜腐蚀情况的比较

敞开体系的膜不均匀，而密闭体系的膜较均匀，其完全变为黑色的膜时，敞开体系的膜没有光泽，而密闭体系的膜有一定的光泽。

从表面状况看来，推测两体系均发生如下反应：

阳极反应：Cu=Cu++e

随着腐蚀进行,铜试片表面形成双层结构的铜氧化物保护膜[4]，内层为Cu2O膜，外层为CuO膜。在密闭体系中，氧化物保护膜在铜表面上黏附性好、较紧密，能防止铜试片的基体与试液直接接触，使得铜的溶解量大大减少，从表2可看出，含铜量小于10μg/L。但是敞开体系中由于CO2的大量存在（饱和状态），虽是碱性条件，但还是会有游离的CO2。在CO2和O2的联合作用下，铜导线表面的氧化膜被损坏，最终会使铜表面的氧化铜保护膜转化为碱式碳酸铜，其反应方程式为：

碱式碳酸铜是一种绿色的疏松物质，在水流的冲击下易剥落，而且这种腐蚀产物在水中的溶解度较大。这样铜表面的膜会变得不均匀，同时水中的含铜量也会急剧上升。由于水中CO2对铜的腐蚀更为严重，所以，运行中发电机冷却系统应该防止CO2进入系统，比如在冷却水箱上装备CO2吸收器，同时相应提高内冷水pH值。

（2）密闭体系中铜腐蚀与氧浓度的关系

表2 密闭体系中铜腐蚀与氧浓度的关系

密闭体系试验测定结果如表2所示。

实验过程中发现不同氧含量试液中铜挂片的表面腐蚀产物颜色，面积均有差异，水中含铜量不同，进一步说明在pH>7.0的水中，铜腐蚀速率与溶解氧浓度是有关系的。密闭条件下，水的pH维持在7.0-9.0之间，水中溶解氧浓度小于30μg/L时，铜试片表面光亮，水中含铜量小于10μg/L；溶解氧浓度在200～700μg/L时，铜试片表面会有不均匀的暗红色斑块，而水中含铜量高达100μg/L以上，说明溶解氧浓度在这个区域时，铜的腐蚀是很严重的；溶解氧浓度大于1000μg/L时，铜试片表面先产生较均匀的暗红色的膜，甚至会生成黑色斑块，但水中含铜量很少；溶解氧浓度大于2000μg/L时，铜试片表面最终会生成一层较均匀且有光泽的黑色氧化膜，水中含铜量很低，甚至低于10μg/L。

3 结论

定冷水铜腐蚀速率除与pH、电导率有关外，还与水中的CO2、溶解氧含量有直接关系，尤其是溶解氧含量，在加氨调节pH后的定冷水中，溶氧量不大于100ug/L或大于1000ug/L时，铜腐蚀速率不超过10ug/L，而介于二者之间时其腐蚀速率非常快。通过实验能看出CO2对铜挂片表面形成的氧化膜破坏作用很大，且会生成容易剥落、易溶解在水中的碱式碳酸铜。因此可以确定敞开式内冷水系统腐蚀速率较快，密闭式内冷水为微碱性除盐水，且在除氧工况下运行时，其腐蚀速率能得到有效控制。加氧工况下，空芯铜导线内表面形成氧化膜，抑制了铜的腐蚀，但若加氧条件控制不稳定，形成的氧化膜比较松软，就有可能只是短期内水质良好，经过长期运行冲刷后，氧化膜剥落，内冷水含铜量上升，水质恶化，甚至会造成铜导线堵塞，造成传热恶化。

［1］谢学军，晏敏,等.发电机内冷水处理方式探讨[J].腐蚀科学与防护技术，2006 Vol.18 No.4:273-277.

［2］闫爱军，路育龙.发电机内冷水处理技术的研究进展[J].西北电力技术,No.1,2006:5-7、11.

［3］晏敏.发电机内冷水水质控制方法研究[D].武汉大学，2006,6.

［4］龚洵洁.热力设备的腐蚀与防护[M].北京：中国电力出版社,1998.