碳钢在石化循环水中流动腐蚀试验研究*

，， ，国荣

(1.中国石油大学(华东)，山东 青岛 266580；2.中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，山东 青岛 266071)

许多炼化装置的碳钢制循环水冷却器都存在腐蚀泄漏问题，因此碳钢在流动循环水环境下的腐蚀行为、腐蚀机理一直以来是被关注的重点。流动腐蚀导致构件损伤是换热器管道、核电站管道等设备管道的主要失效形式之一。通过模拟试验，研究碳钢在流动循环水溶液中的腐蚀规律，可以为流动溶液中碳钢的腐蚀控制提供参考[1-2]。

1 试验方法

采集某炼油厂的石化循环水出水作为试验溶液，利用PINE旋转圆柱电极与Gamry电化学工作站相结合,考察20号碳钢的流动腐蚀情况。工作电极(试样)取自20号碳钢，为圆柱环电极，外径为15 mm，内径为9.5 mm，高为6.4 mm。工作电极两底边用绝缘橡胶垫片密封，露出环形面积作为工作面。试验采用铂丝电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，极化曲线扫描速度为0.16 mV/s，试验温度为35 ℃，腐蚀速率由质量损失法测得。试验开始前，依次用400号和600号水磨金相砂纸逐级打磨试样，酒精脱脂，冷风吹干，置于干燥器中待测。试验结束后观察试样腐蚀形貌，清洗试样并称质量[3]。

2 试验结果与讨论

2.1 循环水流速对碳钢腐蚀的影响

不同流速下腐蚀电化学极化曲线见图1。从图1可以看出，随流速的增加自腐蚀电位几乎无变化，四条极化曲线的阳极极化曲线较为平坦，而阴极极化曲线较陡且有波动，表现出较强的阴极控制特征。阳极极化曲线无明显变化，而阴极极化曲线明显后移，这是因为电极表面溶解氧的浓度与流速密切相关，溶液流速增大，有利于氧气向金属表面扩散[4-5]。溶解氧的还原是腐蚀反应的控制步骤,因此,在一定流速范围内，流速减小能够对阴极氧还原反应起到抑制作用，进而抑制总的电化学反应,降低腐蚀速率。

图1 不同流速下碳钢的极化曲线

流速对碳钢腐蚀具有促进作用，但腐蚀速率与溶液流速并非简单的线性关系。图2是不同流速下试验得出的碳钢腐蚀速率。由图2可以看出，随着流速升高，碳钢腐蚀速率整体呈上升趋势。尤其当溶液流速超过0.5 m/s时，腐蚀速率显著增大，且当溶液流速超过0.8 m/s时腐蚀速率趋于平缓，与流速为1 m/s时的腐蚀速率相差不大。可以初步判断在此流速区间，0.5 m/s流速为该循环水腐蚀速率增大的突变点。

图2 不同流速下碳钢腐蚀速率

2.2 不同流速下碳钢腐蚀形貌

用扫描电镜(SEM)观察试样表面的腐蚀形貌，见图3至图6。

图3 流速为0.3 m/s时的腐蚀形貌

图4 流速为0.5 m/s时的腐蚀形貌

从图3至图6可以看出，当流速高于0.5 m/s时，金属表面的局部腐蚀坑密集程度明显增加，且深度较深，均匀腐蚀与坑蚀都很严重，与图2所示的腐蚀规律相符。当流速为1 m/s时，试样表面有冲刷的痕迹。此类腐蚀称为坑蚀(椭圆状或火山口状的腐蚀坑)，流速较高时可形成蜂窝状,进而形成溃疡腐蚀和斑蚀等腐蚀形貌。流速较低时，生成的腐蚀产物对金属表面有一定的保护作用，当流速增加到一定值时，较大的流速可以冲刷掉附着在金属表面的沉积物和腐蚀产物，破坏金属保护膜，进一步加剧腐蚀。流速对系统腐蚀的影响主要是促进了溶解氧向金属表面扩散的速度，从而加剧了系统腐蚀[6-7]。

图5 流速为0.8 m/s时的腐蚀形貌

图6 流速为1 m/s时的腐蚀形貌

3 结 论

(1)循环水流速对碳钢腐蚀速率影响显著，减小流速有利于抑制碳钢腐蚀。

(2)在0.3～1 m/s流速区间内，0.5 m/s的流速是该循环水体系中20号碳钢腐蚀速率的突变点。

(3)通过旋转圆柱电极法试验可知，随着流速的增加,20号碳钢发生坑蚀、溃疡腐蚀和斑蚀。