循环水系统中的镀锌塔腐蚀控制指南（一）

原创 童银银

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近年来，由于镀锌钢优异的耐腐蚀性、较高的性价比等优点，使得镀锌塔被广泛应用于制造业、食品饮料、数据中心等行业的循环水系统中。虽然具有比碳钢优异的耐腐蚀性，但应用条件控制不当时，镀锌钢也会出现较为严重的腐蚀问题，并影响设备的使用运行。随着循环水管理的精细化，用户也逐渐关注到镀锌塔的腐蚀问题及其对系统运行的影响。

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镀锌层的快速腐蚀会缩短设备使用寿命，尤其对较薄的镀锌板，可能出现较快的腐蚀穿孔。这会增加系统运行维护成本。

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镀锌层腐蚀会产生白锈，基底钢的腐蚀会加速锌层的剥落，白锈和锌层的剥落都容易污堵换热器，进而影响换热效率，增加能耗；增加设备停机清洗频率，增加系统非故障停车时间，降低生产效率，影响生产稳定。

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影响设备外观。

从本期开始，我们就来讲讲镀锌塔的前世今生，以及如何能够更好的控制镀锌塔的腐蚀，最大程度的避免问题的发生。文章比较长，我们会分三期来介绍：

第一期：

冷却塔镀锌材质的制造和防腐机理及早期水处理方案

第二期：

水处理方案演变对镀锌塔腐蚀控制的影响，系统启动前期镀锌塔的维护

第三期：

系统启动后镀锌塔腐蚀控制：不同阶段的控制指标和镀锌层修复

今天，我们就从第一期开始介绍。

冷却塔

镀锌材质的制造和防腐机理

自上世纪50年代起，镀锌钢就开始用于冷却塔的制造，依赖其优良的缓蚀性能以及性价比，镀锌钢已广泛用于集成式冷却塔，蒸发式冷凝器，闭式冷却塔等多种冷却塔的制造。镀锌钢可以通过热浸镀锌、电镀锌、机械镀锌、热喷涂等多种工艺制备，其中冷却塔制备所用镀锌材质主要是通过热浸镀锌工艺制备的。热浸镀锌是将表面经过清洗处理的钢铁件浸入熔融锌浴中，通过铁锌之间的合金扩散，在钢铁表面生成镀锌层。这其中，最表层为纯锌层，锌、铁之间是锌铁合金层（图1）。

图1. 热浸镀锌层组织显微照片

热浸镀锌之后，通常会紧跟一步钝化处理工艺对镀锌表面进行处理，以促进锌层表面形成一层钝化膜，提升其使用过程中的耐腐蚀性以及使用寿命。优异的钝化工艺能有效降低及延缓腐蚀的发生，尤其对设备储存以及使用早期腐蚀的抑制。最为经典的钝化工艺是使用铬酸盐溶液，它能快速高效地在锌层上形成致密的钝化膜。

镀锌层对钢铁基底的防腐是从物理隔离保护和阴极保护两方面作用的：一方面完整的镀锌层作为物理屏障，有效将基底的铁与外界的水、空气等隔离开，避免了基底铁金属的腐蚀；另一方面，当部分镀锌层破损后，锌与铁基底间形成的原电池，锌作为阳极发生氧化反应，铁作为阴极被保护，即阴极保护或牺牲阳极保护。但应当注意， 锌在特定水中，尤其是在温度>65ºC使用时可能发生极性反转的情况。发生极性反转时，锌的活性降低而将转化为阴极，铁变成阳极， 从而会加速裸露铁基底的腐蚀速度。高温通常是发生极性反转的一个必要条件（>65ºC）， 另外，极性反转与水质中相关离子浓度也有关。

图2. 锌层在不同pH值水中的腐蚀速率（20°C和60°C）

**锌作为两性金属，在低pH值及高pH值条件下都容易发生腐蚀。**室温条件下，其相对稳定的pH区间在中性左右，温度越高，稳定的pH区间越窄（图2）。虽然锌的电极电位比铁低，金属活性比铁高，但由于锌在环境中能在表面形成一层致密锌的氧化物类的保护层，即锌的钝化膜，有效将锌与外部环境隔离，大大降低了锌的腐蚀速率。通常情况下，不论在大气环境还是水中应用，镀锌钢铁件的使用寿命要远超未镀锌的钢铁件，这也是将近一半锌的产量被用于钢铁表面作为防腐层的原因。 当锌表面形成疏松的腐蚀产物时，虽然这类腐蚀产物的成分与致密钝化膜的成分相似， 但疏松的结构很难对锌起到保护作用，通常这类腐蚀产物呈现为白/灰色，胶状或蜡状结构，俗称白锈。

图3. 白锈

前文讲到的钝化工艺中的铬酸盐，也是早期用于循环水处理中控制腐蚀的化学药剂。由于铬酸盐不仅能促进锌层表面快速形成钝化膜，且其方案通常是在中性及弱酸性条件下运行，这与镀锌材质的稳定pH值范围重合，这些特性使得铬酸盐方案能有效抑制镀锌材质的白锈问题。但由于其对环境的危害巨大，循环冷却水处理已经禁止使用铬酸盐方案。 磷酸盐作为替代方案逐渐用于循环水处理的缓蚀剂，可是随着时代的发展，环保要求的变化，磷的使用浓度也受到了限制，关于镀锌塔锌层的保护，白锈的控制又将何去何从，我们将在下期为大家介绍。

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