灰鐵鑄件管道內壁腐蝕成因和應對措施

來源：無錫市鑄造廠瀏覽：- 發布日期：2019-04-13 09:05:13【大中小】

1.金屬管道內腐蝕成因

給水管道內壁腐蝕主要是電化學腐蝕和微生物腐蝕。對金屬管材而言，管道的內腐蝕首先是電化學腐蝕過程，并受陰極過程控制。以灰鐵鑄鐵管為例，陽極過程，鐵以離子形式進入水中，同時將電子留在金屬中，在陰極，從陽極遷移的電子將被電解質溶液中能吸收電子的物質所還原而產生吸氧或析氫腐蝕，在管壁生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵進一步氧化成氫氧化鐵附著于管壁面。一般來說，低pH值和高濃度氧化物如溶解氧和自由性余氯都會促進腐蝕反應的進行。

2.試驗材料與方法

2.1試驗材料

實驗管材取自自來水公司，為普通灰鐵鑄件。實驗試片由鑄鐵管加工制成3～5mm厚的薄片，呈基本相等的弧形。試樣表面先用銼將表面銼平，再用砂布磨平，擦掉試片表面殘存的金屬末，放入分析天平中稱重，測定試件面積。動態試驗用水是取自自來水三廠，靜態試驗用水均由蒸餾水配制。

2.2試驗儀器和試劑

試驗儀器和試劑掃描電鏡日本產，X射線衍射儀國產EQUINOX3000，精密分析天平，離子色譜儀，游標卡尺，pH計，250mLBOD瓶，1L試劑瓶，NaOH，HCl，NaCl.

2.3腐蝕速率測試方法

管道腐蝕速率采用掛片的實驗辦法，通過式測得不同實驗條件下溶解氧，pH值，余氯，流速條件等#xkhjs#的管道腐蝕速率。

R= W ST1

式中：R為管道腐蝕速率，g/m 2 ;S為式樣的面積，m 2;T為試驗時間，h;W為試驗后式樣的質量損失值，g精確到011mg。

2.4分析測定方法

pH，DO，余氯，硬度及侵蝕性CO2的測定均采用《水質分析大全》中的標準方法。

3.試驗結果與分析

3.1金屬管道內壁腐蝕層結構成分

給水管網內壁腐蝕瘤的形成與生長是長期而復雜的過程，它的物理結構與化學成分，同管道材質，管網水質及水力條件密切相關。管內壁環向腐蝕結垢層厚度參差不齊，厚度約在15～30mm.呈現規則的分層現象，與水直接接觸的外層呈赤銹色，薄且松散，中間一層呈深黑色，多孔，凹凸不平，且質地堅密，比最外層稍厚，最內層呈現半球狀，體積最大，黑色，質地松散均勻，將腐蝕結垢層剝離管道后，可以看到管壁局部有1～3mm深的腐蝕凹坑，呈現明亮的金屬光澤，是銹瘤的核心部分。將內壁腐蝕物進行電鏡掃描并進行X射線衍射分析，通過XRD衍射圖譜可知：管壁腐蝕層的主要化學成分為Fe3O4與FeOOH，表明該給水管道內壁腐蝕主要是電化學腐蝕。

3.2pH值對鑄鐵管腐蝕的影響

取80份水樣于1L試劑瓶中，分別將pH值調到3～13，然后在瓶中上部吊掛一試片稱過質量和量好尺寸，并作2～3個平行樣，將試劑瓶放入暗處保存3d后取出，測定腐蝕速率，試驗結果見圖4.圖4pH對鑄鐵管腐蝕速率的影響，pH值的大小直接影響鑄鐵管的腐蝕速度。pH<5時，鑄鐵管的腐蝕速度隨pH的減小而上升，這是由于當pH值降低時，氫離子和氧的陰極還原反應變得容易，從而加重了鑄鐵管的腐蝕。pH>11時，腐蝕速度隨pH高而急劇下降，表明鑄鐵管表面Fe 2+在OH 高時，很容易形成Fe2，FeOH2又能自發形成FeOH3紅色沉淀。FeOH3附著在金屬上，其內層為Fe3O4穩定產物，對管壁表面有一定的保護作用，從而降低了腐蝕速度。可見，在配水系統中，pH在中性附近變化，并不能對鑄鐵管的腐蝕速度有顯著影響。

3.3溶解氧對鑄鐵管腐蝕的影響

用充氧泵對蒸餾水充氧2h后，立即將充氧水通過乳膠管注入250mLBOD瓶內，同時計時，并測定初始的溶解氧濃度。放入試件后塞好瓶蓋，利用上面的水封封口。試樣懸于BOD瓶的中部。

每隔10h左右取出2～3瓶，測定不同時間剩余溶解氧DO，考察水中DO隨時間的變化規律。

隨時間t的變化關系由圖5可知，在試驗初始的50h以內，DO消耗速度幾乎呈直線變化，50h之后，好氧速度變慢，最后幾乎為一直線。出現這種現象的原因在于，初始階段水中DO質量濃度高，且鑄鐵試片表面無氧化膜覆蓋層，水中的DO可順利的與鐵接觸，氧分子在陰極獲得電子成為OH -進入水中。

隨著時間的延續，水中DO質量濃度變低，DO擴散到鑄鐵表面的動力減小，同時，在鑄鐵試片的表面，由于陽極Fe失去電子成為Fe 2+，Fe 2+與OH -生成FeOH2與FeOH3，FeOH3部分附著于鑄鐵試件表面，成為保護膜，阻礙了O2與試片表面的接觸，從而減少了O2到陰極表面獲得電子的幾率，正是由于這兩個原因，使溶解氧在后期的消耗速率下降。因為鐵失電子和氧得電子是兩個缺一不可的過程，其中一個過程發生，必然有另一個過程相伴發生，否則水溶液就不是電中性的了，所以氧的消耗速度反映了鑄鐵的腐蝕速度，即鑄鐵的成膜速度。

3.4流速對鑄鐵管腐蝕的影響

給水管網內水的流速會影響溶解氧和余氯的擴散速度，也會影響溶解氧和余氯的擴散層厚度，從而間接地加速鑄鐵管內壁的腐蝕速率<10>。而且，隨著水流速的增加，水對管壁的機械沖刷會把管壁上已形成的保護性氧化膜沖掉，使管壁鑄鐵暴露在水中，使鑄鐵加速腐蝕。鑄鐵管的腐蝕速率隨著流速的增加而近似的呈直線增加，如圖6所示。

3.5余氯對鑄鐵管腐蝕的影響

余氯不僅會與水體中的有機物和無機物反應而消耗，還會參與鑄鐵管壁的腐蝕以及與管壁上的細菌作用而消耗<2>。但隨著時間增長，水中有機物和無機物的減少，以及管內壁上保護膜的生成，余氯的消耗將逐漸減緩。隨著水中余氯濃度的324沈陽建筑大學學報自然科學版第26卷增加，盡管余氯沒有全部用于參加管壁的腐蝕反應，但可用于參加該反應的余氯量增多，因而也導致鑄鐵管壁的腐蝕加速。

3.6硬度和侵蝕性CO2對鑄鐵管腐蝕的影響

將自來水三廠試驗用水充入鑄鐵管后，測定管道中將總硬度與侵蝕性CO2，考察水中硬度和侵蝕性CO2隨時間的變化規律。

侵蝕性CO2在開始時高，經50h幾乎降低為零。硬度開始時也高，并且初始硬度降低迅速，后逐漸轉緩，最后幾乎不再變化。表明硬度在初始時降低的快慢是與侵蝕性CO2的存在多少相關。

水中游離CO2，能與水發生水合作用，其結果生成H2CO3，存在如下平衡：CO 2- 3+2H +→HCO - 3+H +→H2CO3而開始時水中的鈣離子，鎂離子質量濃度也很高，這樣鈣離子，鎂離子和碳酸根離子結合生成不溶性物質，碳酸根質量濃度下降，二氧化碳在水中的含量不斷減少，雖然所生成的碳酸鈣和碳酸鎂在侵蝕性二氧化碳作用下還將生成可溶性的CaHCO32，MgHCO32，但與生成CaCO3，Mg2 CO3趨勢相比，還是較弱的。因此，總的趨勢是硬度減小，侵蝕性的CO2下降幾乎至零。由于水在配水系統中的停留時間不會很長，故侵蝕性CO2一定存在。侵蝕性CO2的存在，將會對鐵管產生腐蝕作用，但它的存在又會產生更多的CO 2- 3來沉淀Ca 2+，Mg 2+，Fe 2+等離子，因此，高硬度水對管道所產生的保護作用是不容忽視的。但是長期的高硬度水，是不應提倡，因為會造成管道的阻塞，降低管道的通水能力。如果配水系統在其運行前，先充入高硬度離子，管內壁上附著這一層Ca2 CO3膜，阻止管內表面與水直接接觸，使管內壁不易發生電化學腐蝕，可能會得到良好的效果。