地热水中电偶腐蚀的现场研究(等面积比部分)

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1982.03.017 北京钢铁学院学报 1982年第3期 地热水中电偶腐蚀的现场研究 (等面积比部分) 金属腐蚀教研室严广明肖珩李久膏 (张万灵潘江桥) 摘 要 ±48中0.5℃地热水中，跟踪了672小时的45=与2Cr13,45与45*镀Cr,45* 与黄Cu,45与A3,45#与铸铁，45与Aa镀Zn及45*与AL七对等面积电偶对的 电偶电位(Eg),电偶电流(Ig),阴极、阳极开路电位(E、E),随时问(t) 的变化。结果表明现有泵轴用材多处异金属接触使用（45#与2Cr13,铸铁，45*镀 C,A:）是可行的。分析了各电偶对的电偶腐蚀倾向。对阴极效率、差异效应进 行了初步讨论。 一、前 ‘言 地下热能（简称地热）是当前世界各国积极开发利用的新能源之一。我国蕴藏丰富的地 热资源，西藏羊八井、云南腾冲、台湾大屯火山群区、北京、天津、广东、福建都有大量的 地热资源。 我国首都一北京市地热资源的开发利用已有近十年的历史，在工、农、医疗卫生等多 方面得到不少收益。特别在预报地震和减轻城市污染方面有着重大意义。 由于其设备完全沿用冷水深井泵系统，设备遭受地热水腐蚀破坏成为严重的问题。我们 对北京市东南城区地热井点进行了腐蚀调查)。地热水中含有多种腐蚀性成分：H,S、 CO,、溶解O,、H+(溶液pH值)，NH。、SO,…。引起金属材料的多种腐蚀形态： 均匀、点、缝隙、电偶、疲劳、磨蚀…。 本文针对现有泵轴材料多处异金属接触使用的情况，在北京轧辊厂进行了等面积比的电 偶现场动态试验。（现有泵轴材料为45#、其接触材料有2C13、45*镀Cr、铸铁、Aa等)。 不同面积比及其他试验结果另行报导。 二、 试 验 1.试验材料选择及制备 试验偶对： 45$ í445# 45* 45# 45* 45常 45= 2Cr13 5#镀Cr 1铸铁 黄铜 lA,镀Zn 试样化学成分及尺寸： 156

北 京 铜 铁 学 院 举 报 年第 期 地 热 水 中 电 偶 腐 蚀 的 现 场 研 究 等 面 积 比部分 金 属腐蚀教研 室 严广 明 肖布 李 久青 张万灵 洛江 桥 摘 要 土 中 ℃地 热水 中 ， 跟 踪 小 时的 ， 与 ， 与 ， 镀 ， 林 与黄 ， ， 与 。 ， “ 与铸铁 ， ‘ 与 镀 及 ， 与 七对 等面积电偶对 的 电偶 电位 ， 电偶 电流 ， 阴极 、 阳 极 开路 电位 、 ， 随 时间 的变化 。 结果表 明现有 泵轴用 材 多处异金 属接触使 用 ， 与 ， 铸铁 ， ， 镀 ， 是 可行 的 。 分 析 了各 电偶对 的电偶腐蚀 倾 向 。 对 阴极效率 、 差异 效应进 行 了初 步讨论 。 一 、 前 呀 」一目 心 口 地 下热 能 简称地热 是 当前世界 各国积极开发利用 的新能源 之一 。 我 国蕴藏丰富 的地 热 资源 ， 西藏羊八井 、 云南腾 冲 、 台湾大 屯火 山群区 、 北京 、 天津 、 广东 、 福建都有大量 的 地热 资源 。 我 国首都— 北京市地 热 资源 的开发利 用 已有近 十年的历史 ， 在工 、 农 、 医疗卫生等多 方面得到 不 少收益 。 特 别在 预 报地震和减轻城市污染方面 有着 重大意义 。 由于 其设备完 全 沿用 冷水深井泵 系统 ， 设备遭受地热水腐蚀破坏成为严 重 的问题 。 我 们 对北京市东南城 区地热 井 点进 行 了腐 蚀调 查 〔 ’ 。 地热 水 中含 有多种腐 蚀性成分 、 、 溶解 、 十 溶液 值 ， ‘ 十 、 ‘ … … 。 引起金 属材料的多种腐蚀形态 均匀 、 点 、 缝 隙 、 电偶 、 疲 劳 、 磨蚀 · 一 。 本文 针对现有泵轴材料多处异 金属 接触使用 的情况 ， 在 北京轧辊厂进 行 了等面积 比 的电 偶现场动态 试验 。 现有泵 轴材料为 ， 、 其 接触材料有 、 ， 镀 、 铸 铁 、 等 。 不 同面 积 比及 其他试验结果 另行报导 。 二 、 试 验 试 脸材料 选择 及制 备 试验偶对 书 万 井 飞民 井 娜 落 铸铁 落 黄铜 笔 ‘ 货 纂 ， 试样 化学成分及 尺 寸 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．1982．03．017

化学 成分 材质 C Si Mn P s Cr Ni 其他 45* 0.50-0.420.37-0.170.80-0.50≤0.040 ≤0.040 <0.25 <0.25 As 0.22-0.140.30-0.120.65-0.40≤0.055 ≤0.030 2Cr13 0.24一0.16 ≤0.60 ≤0.80 ≤0.025 ≤0.03014-12 Z20 2.98 2.25-1.750.90—0.50≤0.10 ≤0.05 HP59-1 Cu P。 Fe Bi 1 60-57 1.9-0.8 0.5 0.003 余量 Al Fe Si Fe+Si Cu 其他 杂质总量 99.3 ≤0.30 ≤0.35 ≤0.60 ≤0.05 0.1 ≤0.1 45*镀铬 装饰防腐蚀铬 A镀锌 一般工业镀锌 HP659-1 L,和Hpb59一1为5×15×130长方型试样，其余均为中10mm试样。试样面积为2300mm 各材料为交货状态。机加工好的试样打磨至V7,用丙酮棉去油脂、环氧树脂封样。试样精 确称重，使用前存于干燥器中。 2.试验介质及测试 试验介质为北京轧辊厂地热水。主要物理及化学性质如下表：* T 电导事率 流避 C1- 溶解02 H,S S0.”游离C02 PH ℃ 兆欧'cm1 ml/秒 mg/升 48中0.5 1.152 33 61.0 0.48 0.251 116.3 7.03 7.67 表中数据是试验前、中、后期分析结果平均值。 水质为HCO,一SO,"-Na*型 中性一弱碱性水，F一、Rn、Ra、 HBO2、H:S含量均达矿水标准121。 试样封于有机玻璃盖板上，与一 个有进出水口的有机玻璃容器用真空 橡皮连接，下口进水，上口比水，试 验模拟间浸条件。用F。一4电偶腐蚀 计测量电偶电流(Ig),Pz一26直渎 数字电压表测量电偶电位(Eg)、阴 极、阳极开路电位(EcE)。双液 界饱和甘汞电极为参比电极。各参数 每天测量一次，控制温度为48±0.5℃ 图1 157

… 化 学 成 分 】 其他 一 一坚二 ， 坦互竺夕州卫些士卫少竺竺生叫任旦… 一 斗旦… 一 旦兰 一 匕旦…乡巨 ， 三竺名到 一 一 一 。 一 …竺 ” · “ 。 · ”一 · ‘ ” · 型胜 到 、 哩 … 。 · 一。 · 、 。 】 、 。 、 。 、 。 二 。 一 … … ” ’ · ， 一‘ · ‘ ” · 。 一” · 《 “ · 、 。 】 呀需瓜知 。 … 余量 。 挂楠 … 杂 质 兑 《 · ” … · ‘ 《 。 · 镀铬 镀锌 装饰防腐蚀铬 一 般工业镀锌 一 一 和 一 为 长方型试样 ， 其余均为 小 试样 。 试样面 积 为 ， 各材料为交货状态 。 机加工好 的试样打磨至 ， 用 丙 酮棉去 油脂 、 环氧 树 脂封样 。 试样精 确称 重 ， 使用 前存 于 干燥器 中 。 试脸 介质及洲 试 试验 介质 为北京轧辊厂 地 热 水 。 主要 物理及 化学性质如 下 表 肠 ‘ 一 游 离 ℃ 中 电导率 兆 欧一 ‘ 升 流， … ‘一 溶解 一 ‘ 秒 … … 。 。 朴 表 中数 据是 试 验 前 、 中 、 后 期分 析 结果平 均值 。 水质 为 一 ‘ 一 型 中 性一 弱 碱 性 水 ， 一 、 、 、 、 含量 均达 矿水标 准 。 试样封 于 有机玻 璃盖板 上 ， 与一 个 有进 出水 口 的有机玻 璃容器 用真空 橡皮 连接 ， 下 口进水 ， 上 口 比水 ， 试 验 模 拟 间浸 条件 。 用 。 一 电偶腐蚀 计测量 电偶电流 ， 一 直 读 数 字 电压 表 测量 电 偶 电位 、 阴 极 、 阳极 开路 电位 “ “ 。 双 液 界饱 和甘 汞电极为参 比 电极 。 各参数 每天测童 一次 ， 控 制温 度为 士 丫 图

时开始测量。共进行28天。非偶接的失重试验浸泡于条件相同的另一容器中试验。（见图 1,2,3,4) 图2 图3 电极I 9参比 电极I Fc-4 嫩字电压表 电偶腐蚀计 图4 三、试验结果 1.根据实验数据作出Eg-t,Ig-t,E-t,E-t图，明显地可以将七个电偶对的 试验结果分为三种不同的类型。(t为时间) (1)电偶电流密度始终不倒向的有45#一45*镀Cr、45一2Cr13、45一黄Cu、45#一 A,镀Zn。其中前三个电偶对中45#始终为阳极，2Cr13、镀Cr、黄Cu为阴极，最后一个 45*始终为阴极，A镀Zn为阳极。（见图5) (2)电偶电流密度多次倒向的有45一铸铁，45一A3电偶对。45*、A3、铸铁交替互 为阴、阳极。（见图6) (3)电偶电流密度只在110小时倒向一次的是45*一A1电偶对。110小时前A1为阴极， 45为阳极。110小时后A1为阳极，45*为阴极，极性不再改变。（见图7) 158

时开始测量 。 ， 共进行 天 。 非偶接 的失重 试验 浸泡 于 条 件 相同 的 另一 容 器 中试验 。 见 图 图 图 图 三 、 试 验结 果 根据实验数据 作 出 一 ， 一 ， 一 ， “ 一 图 ， 明显地可 以 将七个电偶对 的 试验结果 分 为三 种 不 同 的类型 。 为 时 间 电偶 电流密度始 终不倒 向的 有 ，一 ， 镀 、 ，一 、 ，一黄 、 ，一 镀 。 其 中前三个 电偶对 中 ， 始 终 为阳 极 ， 、 镀 、 黄 为阴 极 ， 最后 一 个 始终为阴极 ， 镀 为阳极 。 见 图 电偶 电流密 度多次倒 向的有 ， 一铸铁 ， ‘ 一 。 电偶对 。 吞 、 、 铸 铁交替 互 为阴 、 阳极 。 见 图 电偶电流密度只 在 小 时倒 向一 次 的是 ， 一 电偶对 。 小 时前 为阴极 ， 为 阳极 。 。 小时后 为 阳 极 ， 朽 ， 为阴 极 ， 极性 不 再改变 。 见 图

-E(伏) 一电男电流密度(i2Cr13) (SCE) 一一阳授开路电位(45) 一-一阴藏开路电位(2C13) 1.0 电偶电位(E,) 0.9 8 0.8 6 0.7 0.6 治 0.5 图5 04 8 0,3 02 0. 2 25 30(天) -E(伏) (SCE) 一电偏电流者度( 电得电位(E,) 21 9 1 图6 -2 -E(伙) (SCE) 电偶电流击度（设） 人1电极开路电位(E) 45电摄开路电位(F5) 电偶电位(F,) 10 图7 40 20 20 25 30 t(天) -10 159

一 伏 份 典 》 ’ ‘ 旧口 。 — 电偶电流密度 护 ， 二 一 ’ 一 阳板开路电位 ‘ 一 一 阴极开路电位 一 二 电俩电位 一 玲 · 。 。 。 飞 。 。 二碑热华二溉、 一 一 ℃ 二夕、 。 。 八 ， 图 一、 一一 、 、 、 一， 盆 。 图 吕 “ ‘ 孔 仁天 产‘ 天 刁的妇十 一 狄 — 电偏电流密度 玲 一一 人 电极开路电位 砂勺 誉‘悠 、 一 ， 电板开路 电位 ‘ ， 电偶电位 仁 二 一 厂一、 户奋一、 。 。 图 即 一 。 。 ， 。 ‘ 背 ’

2. 各电偶对试验后的表面观察， (见表1) 表1 试验偶对的表面观察 偶对 除锈前表面观察 除锈后表面观察 产质分析 1.145* 有一层至密的棕黑色腐蚀产 均匀地布满小麻点，腐蚀严重。 Fe:O,FeS 45*镀Cr 物及附着物有一薄层黑色附 着物（易被擦掉） 擦去附着物，露出金属光泽。 (x射线分析) 2.(45# 均有一层黑色较致密的腐蚀 与1中45#同 铸铁 产物及附着物 腐蚀是均匀的，无小麻点。 3.145* 同1 腐蚀严重，布满小麻点。 2Cr13 有一层较薄的黑色附着物。 稍有腐蚀痕迹，表面基本光亮。 4.145= 同1 与1中45#同。 Cu、S、Cu2S 有一层较厚的较疏松的黑色 黄铜 产物。 有轻微均匀腐蚀 Cu20(x射线) 5.r45# 同1 与1中45#同 ZnO、Zn(OH)2 A,镀锌 有浅棕白色腐蚀产质 表面为均匀腐蚀 6.45* 同1 与1中45=同 表面腐蚀严重。蚀坑最大深度 Al2Os AI 有白色点状腐蚀产物 0.1mm密度为2.1-2.5个/cm2 7.145* 同2 同2 (A3 3. 试样的失重数据： 将未组偶的浸泡试样及偶接试样进行清洗，去锈、称重。计算出各种腐蚀率对比如下： (见表2)（图8）表2试样在48±0.5℃北京轧辊厂地热水中浸泡792小时未偶接腐蚀率比较 图8表示各试样偶接前后的腐蚀速度。 D类原 (mm/华) ☐偏合睛自然病快： 0.6 ☑☑偶合后的溶解 4 0.4 45健Cr 45特铁 452Cr13 45黄Cu 43Zn 45A1 45 As 图8 160

各电偶对试验后 的表面 观 察 ， 见表 表 试 验偶对 的 表面观 察 偶对 除 锈前表面 观 察 除 锈后 表面观 察 产质分 析 ‘ 称 有一 层至 密 的棕 黑 色腐蚀产 物 及 附着物有一 薄 层黑 色附 着 物 易被擦掉 均匀地布满小麻点 ， 腐蚀严 重 。 擦去附着 物 ， 露 出金 属 光泽 。 ‘ 镀 射 线分析 任任月 口匀叹口 称书 ，、、 ‘ ， 、 均有一层黑 色较致 密的腐蚀 与 中 ， 同 ’铸铁 ’产 物及 附着 物 一 腐蚀 是均匀的 ， 无小麻点 。 ‘ ， 同 一 腐蚀 严 重 ， 布满刁 、 麻点 。 ‘ “ ‘ “ 有一层 较薄 的黑 色附着物 。 …稍有魔忡痕迹 ， 表面基本 光亮 。 】 · ‘ ， 旦 ， ， 一 ， 与 中 ， 同 。 、 、 一 ’ 七万二 ， 认 有一 层 较厚 的较疏松 的黑 色 二 二 万二甘二 二 ’ 一 ‘ 二 二 黄 铜 斧物了一 ’ ‘ 一 ‘ 一 ’ 一 ” ‘ “ 、 ’ 一 有轻微 均匀腐蚀 ” ‘ 射 线 邀莽 名 …同 与 中 ， 同 、 二生竺 一 包今竺白粤鲤啊 塑塑些竺些竺一一 ，’ …同 与 中 ， 同 … ， ， ’ ， ， 二 。 ‘ 、 ， ，、 一 ， 一 ‘ ， 表面腐蚀严 重 。 蚀 坑最大 深 度 二· 兰一黑兰竺吧矍一一毕卿堕鲤生三巨竺上一一一一一 ‘ ， 、同 ” …飞同 “ ’ ’ ， … ’ 一 试样 的失重数据 ‘ 将未组偶 的浸泡试样及偶 接试样进行清洗 ， 去锈 、 称重 。 计算出各种腐蚀率对 比如 下 见 表 图 表 试样在 士 ℃北京轧 辊厂 地热水 中浸泡 小时未偶 接腐蚀串 比较 图 表示 各试样偶接前后 的腐 蚀速度 。 一 黄 。 图