循环冷却水腐蚀速率监测浅谈

原创 周伟

在工业循环水系统中，金属由于在水中会发生化学或电化学反应，所以一直存在着腐蚀现象，为此人们也普遍会采用一些物理和化学的方法去抑制腐蚀，相应的国家标准GB/T50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》中也明确规定了对腐蚀抑制结果的标准要求，如碳钢腐蚀速率应小于0.075mm/a。因此在实际运行中，我们就需要监控实际的腐蚀速率到底是多少。现在常用的方法有腐蚀挂片法和电化学法，两种方法的检测结果上，经常会出现一定的差异，有人认为电化学方法准确，还有一部分人认为腐蚀挂片法更准确，那到底该采用哪种方法来评估腐蚀速率，国标中的腐蚀速率规定值又是应该采用哪一种方法进行监测呢？

我们先简单介绍一下这两种方法的原理，并通过监测内容，优缺点等进行比较分析。

标准腐蚀挂片失重法

1. 挂片失重法技术原理

腐蚀挂片法是将标准腐蚀挂片在腐蚀介质中暴露某个特定的时间周期后取出，进行失重测量和较详细的检查的方法。通过计算挂片在放入腐蚀介质前与取出后这一段时间内的重量差值，可以计算出实际情况下该材质的均匀腐蚀速率。

腐蚀挂片平均腐蚀速率的计算公式为，

CR=365*W*10/(D*A*T)           其中：

CR - 平均腐蚀速率（mm/a）

W - 总损失重量（g）

D  - 挂片材质密度（g/cm3）

T  - 暴露时间（天）

A  - 挂片暴露于介质的总面积（cm2）

2. 挂片失重法监测内容

• 平均腐蚀速率 - 通过重量损失计算年平均腐蚀深度；

• 腐蚀形态 - 通过外观检查，观察腐蚀产物的形态、颜色以及分布情况；

• 点蚀监测 - 通过点蚀孔深度以及挂片上蚀孔分布密度，分析点蚀状况。

3. 优缺点

• 操作简单，费用低，结果直观，是目前循环水处理中使用最广泛，也是最直接有效的方法。

• 腐蚀挂片放置位置处水流速度、流动方向等对监测结果有一定的影响。通常挂片要求放置在与冷却水回水连接的旁路腐蚀挂片监测装置上，水顺流通过挂片，水流速度应在1.0~1.6 m/s。

• 挂片放置时间一般为1-3个月，也可根据具体腐蚀情况调整放置时间。由于监测周期长，所以它不易于及时发现冷却水系统中出现的一些变化。

电化学方法-LPR法（线性极化电阻法）

线性极化电阻法是根据腐蚀电流密度在极化区间内与极化电阻成反比的原理，通过测量腐蚀金属电极的极化电阻，从而在较短时间内测出腐蚀介质对金属的腐蚀。

1.检测原理

在一定的条件下，表征金属腐蚀速率的腐蚀电流密度反比于其极化电阻。通过外加微电压 ∆E 到待测传感器电极上，（通常为5-10 mV，此时电位值接近自然腐蚀电位）,测量电流 ∆ i 从而测得极化电阻，继而再根据Stern-Geary关系式转换为腐蚀电流密度和按照腐蚀厚度表示的腐蚀速率。

Stern-Geary关系式如下，

其中： R p - 极化电阻 Ω·cm2

i corr - 腐蚀电流密度 A/ cm2

B - 是极化电阻常数，和金属材料和介质有关，为经验值

B = b a b c /[2.3(b a +b c ) ] 式中 b **a**和 b **c**分别为阳极极化曲线和阴极极化曲线的塔菲尔斜率

∆E  - 电位变化 V

∆ i  - 外测电流密度 A/cm2

腐蚀电流密度换算为腐蚀深度表示腐蚀速率的公式如下，

式中 A r - 金属的相对原子质量

I corr - 腐蚀电流密度 µA/cm2

n  - 腐蚀前后原子价的变化

ρ  - 金属的密度 g/cm3

k  - 换算常数，与腐蚀速率的单位有关

单位 mm/a 时，k=0.00327；单位是 mpy 时，k=0.129。

2. 监测内容

金属瞬间腐蚀速率 - 通过监控腐蚀电流换算为按深度表示的腐蚀速率。

3. 优缺点

• LPR 法对腐蚀情况变化响应快，能获得瞬间腐蚀速率，比较灵敏，可以及时地反映系统的状况和出现的变化，可以用来监控腐蚀的发展趋势。

• 可以根据瞬间腐蚀速率连续记录所形成的动态数据趋势，及时调整水处理技术方案。

• 由于线性极化方法所测得的极化电阻还包括了腐蚀体系中的介质（循环水）电阻，所以经计算所得到的腐蚀速率隐含了介质电阻的影响所带来的误差，使得实测的腐蚀速率比真实的腐蚀速率小得多。为此需设法（如交流阻抗方法）去测量介质电阻，扣减介质电阻后才是实际的极化电阻。

• LPR法是连续测量，所以需要有相应的控制程序进行读取和精密计算，才能转换为腐蚀速率。所以不同厂家，由于程序设置的不同以及电极材料的差异，实际测量的腐蚀速率会有一定的差异。另外，电极的成本也相对较高。

• 由于点蚀发生机理的复杂性，目前LPR法并不能有效监测点蚀。

综上所述，我们可以发现，LPR法监控的是腐蚀的瞬间速率，重在展现腐蚀趋势，可以用来腐蚀预警以及对技术方案调整做迅速的反馈。腐蚀挂片失重法监控的是腐蚀的累计信息，体现的是平均腐蚀速率和腐蚀形态，用来监控一段时间的腐蚀控制结果。如果条件允许，建议两种方法最好能同时使用。顺便也说一句，国标中的腐蚀速率规定值就是要求按照腐蚀挂片失重法进行监控的。