灰铁铸件管道内壁腐蚀成因和应对措施

来源：无锡市铸造厂浏览：- 发布日期：2019-04-13 09:05:13【大中小】

1.金属管道内腐蚀成因

给水管道内壁腐蚀主要是电化学腐蚀和微生物腐蚀。对金属管材而言，管道的内腐蚀首先是电化学腐蚀过程，并受阴极过程控制。以灰铁铸铁管为例，阳极过程，铁以离子形式进入水中，同时将电子留在金属中，在阴极，从阳极迁移的电子将被电解质溶液中能吸收电子的物质所还原而产生吸氧或析氢腐蚀，在管壁生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁进一步氧化成氢氧化铁附着于管壁面。一般来说，低pH值和高浓度氧化物如溶解氧和自由性余氯都会促进腐蚀反应的进行。

2.试验材料与方法

2.1试验材料

实验管材取自自来水公司，为普通灰铁铸件。实验试片由铸铁管加工制成3～5mm厚的薄片，呈基本相等的弧形。试样表面先用锉将表面锉平，再用砂布磨平，擦掉试片表面残存的金属末，放入分析天平中称重，测定试件面积。动态试验用水是取自自来水三厂，静态试验用水均由蒸馏水配制。

2.2试验仪器和试剂

试验仪器和试剂扫描电镜日本产，X射线衍射仪国产EQUINOX3000，精密分析天平，离子色谱仪，游标卡尺，pH计，250mLBOD瓶，1L试剂瓶，NaOH，HCl，NaCl.

2.3腐蚀速率测试方法

管道腐蚀速率采用挂片的实验办法，通过式测得不同实验条件下溶解氧，pH值，余氯，流速条件等#xkhjs#的管道腐蚀速率。

R= W ST1

式中：R为管道腐蚀速率，g/m 2 ;S为式样的面积，m 2;T为试验时间，h;W为试验后式样的质量损失值，g精确到011mg。

2.4分析测定方法

pH，DO，余氯，硬度及侵蚀性CO2的测定均采用《水质分析大全》中的标准方法。

3.试验结果与分析

3.1金属管道内壁腐蚀层结构成分

给水管网内壁腐蚀瘤的形成与生长是长期而复杂的过程，它的物理结构与化学成分，同管道材质，管网水质及水力条件密切相关。管内壁环向腐蚀结垢层厚度参差不齐，厚度约在15～30mm.呈现规则的分层现象，与水直接接触的外层呈赤锈色，薄且松散，中间一层呈深黑色，多孔，凹凸不平，且质地坚密，比最外层稍厚，最内层呈现半球状，体积最大，黑色，质地松散均匀，将腐蚀结垢层剥离管道后，可以看到管壁局部有1～3mm深的腐蚀凹坑，呈现明亮的金属光泽，是锈瘤的核心部分。将内壁腐蚀物进行电镜扫描并进行X射线衍射分析，通过XRD衍射图谱可知：管壁腐蚀层的主要化学成分为Fe3O4与FeOOH，表明该给水管道内壁腐蚀主要是电化学腐蚀。

3.2pH值对铸铁管腐蚀的影响

取80份水样于1L试剂瓶中，分别将pH值调到3～13，然后在瓶中上部吊挂一试片称过质量和量好尺寸，并作2～3个平行样，将试剂瓶放入暗处保存3d后取出，测定腐蚀速率，试验结果见图4.图4pH对铸铁管腐蚀速率的影响，pH值的大小直接影响铸铁管的腐蚀速度。pH<5时，铸铁管的腐蚀速度随pH的减小而上升，这是由于当pH值降低时，氢离子和氧的阴极还原反应变得容易，从而加重了铸铁管的腐蚀。pH>11时，腐蚀速度随pH高而急剧下降，表明铸铁管表面Fe 2+在OH 高时，很容易形成Fe2，FeOH2又能自发形成FeOH3红色沉淀。FeOH3附着在金属上，其内层为Fe3O4稳定产物，对管壁表面有一定的保护作用，从而降低了腐蚀速度。可见，在配水系统中，pH在中性附近变化，并不能对铸铁管的腐蚀速度有显着影响。

3.3溶解氧对铸铁管腐蚀的影响

用充氧泵对蒸馏水充氧2h后，立即将充氧水通过乳胶管注入250mLBOD瓶内，同时计时，并测定初始的溶解氧浓度。放入试件后塞好瓶盖，利用上面的水封封口。试样悬于BOD瓶的中部。

每隔10h左右取出2～3瓶，测定不同时间剩余溶解氧DO，考察水中DO随时间的变化规律。

随时间t的变化关系由图5可知，在试验初始的50h以内，DO消耗速度几乎呈直线变化，50h之后，好氧速度变慢，最后几乎为一直线。出现这种现象的原因在于，初始阶段水中DO质量浓度高，且铸铁试片表面无氧化膜覆盖层，水中的DO可顺利的与铁接触，氧分子在阴极获得电子成为OH -进入水中。

随着时间的延续，水中DO质量浓度变低，DO扩散到铸铁表面的动力减小，同时，在铸铁试片的表面，由于阳极Fe失去电子成为Fe 2+，Fe 2+与OH -生成FeOH2与FeOH3，FeOH3部分附着于铸铁试件表面，成为保护膜，阻碍了O2与试片表面的接触，从而减少了O2到阴极表面获得电子的几率，正是由于这两个原因，使溶解氧在后期的消耗速率下降。因为铁失电子和氧得电子是两个缺一不可的过程，其中一个过程发生，必然有另一个过程相伴发生，否则水溶液就不是电中性的了，所以氧的消耗速度反映了铸铁的腐蚀速度，即铸铁的成膜速度。

3.4流速对铸铁管腐蚀的影响

给水管网内水的流速会影响溶解氧和余氯的扩散速度，也会影响溶解氧和余氯的扩散层厚度，从而间接地加速铸铁管内壁的腐蚀速率<10>。而且，随着水流速的增加，水对管壁的机械冲刷会把管壁上已形成的保护性氧化膜冲掉，使管壁铸铁暴露在水中，使铸铁加速腐蚀。铸铁管的腐蚀速率随着流速的增加而近似的呈直线增加，如图6所示。

3.5余氯对铸铁管腐蚀的影响

余氯不仅会与水体中的有机物和无机物反应而消耗，还会参与铸铁管壁的腐蚀以及与管壁上的细菌作用而消耗<2>。但随着时间增长，水中有机物和无机物的减少，以及管内壁上保护膜的生成，余氯的消耗将逐渐减缓。随着水中余氯浓度的324沈阳建筑大学学报自然科学版第26卷增加，尽管余氯没有全部用于参加管壁的腐蚀反应，但可用于参加该反应的余氯量增多，因而也导致铸铁管壁的腐蚀加速。

3.6硬度和侵蚀性CO2对铸铁管腐蚀的影响

将自来水三厂试验用水充入铸铁管后，测定管道中将总硬度与侵蚀性CO2，考察水中硬度和侵蚀性CO2随时间的变化规律。

侵蚀性CO2在开始时高，经50h几乎降低为零。硬度开始时也高，并且初始硬度降低迅速，后逐渐转缓，最后几乎不再变化。表明硬度在初始时降低的快慢是与侵蚀性CO2的存在多少相关。

水中游离CO2，能与水发生水合作用，其结果生成H2CO3，存在如下平衡：CO 2- 3+2H +→HCO - 3+H +→H2CO3而开始时水中的钙离子，镁离子质量浓度也很高，这样钙离子，镁离子和碳酸根离子结合生成不溶性物质，碳酸根质量浓度下降，二氧化碳在水中的含量不断减少，虽然所生成的碳酸钙和碳酸镁在侵蚀性二氧化碳作用下还将生成可溶性的CaHCO32，MgHCO32，但与生成CaCO3，Mg2 CO3趋势相比，还是较弱的。因此，总的趋势是硬度减小，侵蚀性的CO2下降几乎至零。由于水在配水系统中的停留时间不会很长，故侵蚀性CO2一定存在。侵蚀性CO2的存在，将会对铁管产生腐蚀作用，但它的存在又会产生更多的CO 2- 3来沉淀Ca 2+，Mg 2+，Fe 2+等离子，因此，高硬度水对管道所产生的保护作用是不容忽视的。但是长期的高硬度水，是不应提倡，因为会造成管道的阻塞，降低管道的通水能力。如果配水系统在其运行前，先充入高硬度离子，管内壁上附着这一层Ca2 CO3膜，阻止管内表面与水直接接触，使管内壁不易发生电化学腐蚀，可能会得到良好的效果。