模拟循环冷却系统黄铜管的腐蚀电化学研究

1、模拟循环冷却系统黄铜管的腐蚀电化学研究宋诗哲1 尹立辉1 武杰2 王守琰1(1 天津大学材料学院，天津 3000722 国家海洋局天津海水淡化所，天津 300192摘 要:用研制的传感器对模拟电厂海水循环冷却系统的黄铜管进行了电化学阻抗谱和电化学噪声测试。电化学阻抗谱测试结果表明，缓蚀剂能够在金属表面上形成保护性膜层抑制腐蚀过程。流速提高时溶液中氧的扩散速度提高，使缓蚀剂在金属表面上的成膜作用加强，腐蚀速度降低。电化学噪声测试结果表明，提高流速对HSn70-1管局部腐蚀敏感性影响不大，而HAl77-2管在较高流速下局部腐蚀敏感性提高，表明电化学噪声能用于循环冷却系统黄铜管的腐蚀监测。流速对逆水

2、流放置的传感器影响大于顺水流放置，因此实际应用时传感器应顺水流放置，以减小流速的影响。研究结果表明，所研制的传感器适用于动态条件下黄铜管的电化学测试。关键词：黄铜管，海水， 电化学阻抗谱，电化学噪声1 前 言铜及铜合金具有优异的导电、导热性能，良好的耐蚀性能，又有足够的强度、弹性和耐磨性，广泛用于建筑、电气、造船、石油化工等许多重要的工业领域。以锌为主要合金元素的铜基合金，因呈黄色而称为黄铜。黄铜管材多用作换热器列管，经常由于腐蚀穿孔而失效1，2，目前缺少一种有效的方法对流动介质中的黄铜管进行测试。本文用研制的黄铜管腐蚀监测传感器3对HSn70-1铜管和HAl77-2铜管在模拟循环冷却系统中的

3、腐蚀进行了电化学测试，取得了一些有益的结果。2 实 验实验在国家海洋局天津海水淡化所进行，循环冷却系统由国家电力公司热工研究院化学工程技术中心设计制作，循环系统共有六根铜管，每根铜管长1.3m，分上、中、下三层排列，冷却水为取自天津塘沽海域的天然海水，添加缓蚀剂并对铜管进行预膜处理。稳定运行时管内水流速为0.6m/s，海水浓缩比为2.0-2.2，管外由循环蒸馏水加热，水温控制在60。用研制的黄铜管腐蚀监测传感器对HSn70-1铜管和HAl77-2铜管进行电化学测试。HSn70-1铜管中的传感器顺水流方向放置，距管口约20cm，水温接近35，；在HAl77-2铜管中的传感器逆水流方向放置，距管口

4、约20cm，水温接近45。实验共进行17天。实验结束后冷却系统余下置有传感器的两根黄铜管，分别提高流速至1.2 m/s和1.8 m/s，系统稳定后进行测试。同时对经过预膜处理和未经过预膜处理的HAl77-2黄铜试片在不含缓蚀剂的原海水中和含有缓蚀剂的浓缩海水中进行测试，试片面积1cm2，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为1cm2铂片。采用Gamry公司PC4/300电化学系统进行测试。测试黄铜管在腐蚀电位下的电化学噪声；测试黄铜管和试片在腐蚀电位下的电化学阻抗谱，施加的正弦电位幅值为10mV，频率扫描范围20kHz-20mHz，每倍频程8步。3 结果与讨论图1 是黄铜试片在原海水和浓缩海水中四

5、天后的电化学阻抗谱，未预膜的试片在原海水中的Nyquist图呈现单容抗弧，具有一个时间常数，电化学等效电路可由图2a表示。未预膜和已预膜的试片在循环海水中的Nyquist图由双容抗弧组成，具有两个时间常数。未预膜的试片在循环海水中的Nyquist图高频侧的容抗弧表明缓蚀剂能够在金属表面上形成保护性膜层，从而抑制腐蚀过程。已预膜的试片在循环海水中的Nyquist图高频容抗弧更明显，表明预膜后金属的耐腐蚀性明显增强，电化学等效电路可由图2b表示。图3是HSn70-1铜管和HAl77-2铜管的电化学阻抗谱，具有两个时间常数，电化学等效电路可由图2b表示。流速为0.6m·s-1时，随着时间的

6、延长，阻抗谱无明显变化；提高流速后，阻抗膜值 a b图3 铜管的电化学阻抗谱 (a) HSn70-1铜管,(b) HAl77-2铜管1-第4天,流速0.6m/s； 2-第11天,流速0.6m/s； 3-第16天,流速0.6m/s；4-第17天,流速1.2m/s； 5-第17天,流速1.8m/s图1 黄铜试片在海水中四天后的电化学阻抗谱 1-未预膜的试片在不含缓蚀剂的原海水中, 2-未预膜的试片在含有缓蚀剂的浓缩海水中, 3-已预膜的试片在含有缓蚀剂的浓缩海水中 a b图2 电化学等效电路增大，表明在较高流速下腐蚀过程受到抑制，腐蚀速度下降。分析认为，流速提高后溶液中氧的扩散速度提高，加强了缓蚀

7、剂的与金属表面或与腐蚀产物之间的成膜作用，从而降低了腐蚀速度。HAl77-2铜管的阻抗膜值高于HSn70-1铜管的阻抗膜值，表明HAl77-2铜管的耐蚀性较好。HAl77-2铜管中逆水流放置的传感器在流速提高到1.2 m·s-1后，所测得的电化学阻抗谱低频段数据点较散乱，而HSn70-1铜管中顺水流放置的传感器则没有发生此现象，表明流速对逆水流放置的传感器影响较大，对顺水流放置的传感器影响较小。图4 流速1.8m/s时电流噪声图 (a) HSn70-1铜管, (b) HAl77-2铜管图4是流速1.8m/s时HSn70-1铜管和HAl77-2铜管的电流噪声时域图，HAl77-2铜管的

8、电流噪声明显高于HSn70-1铜管。表1是HSn70-1铜管和HAl77-2铜管电流噪声的积分值，流速为0.6 m·s-1 时电化学噪声测试电流积分值变化不大，提高流速后，HSn70-1铜管的电流积分值没有明显变化，而HAl77-2铜管的电流积分值增大了三到四倍，表明HAl77-2管在较高流速下局部腐蚀敏感性增加。这是由于HAl77-2管不耐冲刷腐蚀，在较高流速下腐蚀加剧所至。实验结果表明在模拟循环冷却系统中，电化学噪声测试能够得到可靠的测量结果，可以用于腐蚀监测。表1 HSn70-1铜管和HAl77-2铜管电化学噪声测试电流积分值实验时间/天测试时间/s流速/m·s-1电流积分/CHSn70-1 HAl77-243600.6117.7136.4113600.6123.9117.1163600.6165.8183.6173601.2163.6553.6173601.8169.6616.94 结 论1. 研制的黄铜管腐蚀监测传感器能用于循环冷却系统现场电化学测试；2. 电化学阻抗谱测试表明，添加缓蚀剂及对铜管进行预膜处理是有效的，HAl77-2铜管在海水中的耐蚀性优于HSn70-1铜管； 3. 电化学噪声可以用于模拟循环冷却系统中黄铜管局部腐蚀的