臭氧发生器对中温循环冷却水系统的缓蚀性能研究

摘要: 循环冷却水系统中普遍存在结垢腐蚀现象，目前常用的解决方法是在系统中加入缓蚀阻垢药剂，臭氧发生器( O3 ) 对循环水冷却系统同时具备阻垢、缓蚀、杀菌等多重功能。采用臭氧处理中温循环冷却水，研究在不同臭氧投加量时系统的腐蚀情况，确定最佳投加量。结果表明: 当臭氧投加量为 4. 5 mg /L 时，20 碳钢和铸铁的缓蚀能力最佳。20 碳钢腐蚀率最低为 0. 228 mm/a，比空白对照组降低了 75% ; 铸铁的最低腐蚀率为 0. 282 mm/a，比空白对照组降低了 61. 5% 。当臭氧投加量为 9. 0 mg /L 时，镀锌试片的腐蚀率在 0. 206 ～ 0. 275 mm/a，比空白对照组降低了 38. 2% 左右，缓蚀效果较为明显。

0 引 言

循环冷却水系统在运行一段时间后，水中 Ca2 + 、Mg2 + 等离子、可溶解性固体和悬浮物相应增加，使系统中的设备和管道发生腐蚀、结垢以及滋生细菌等微生物［1-2］。系统中腐蚀、结垢和微生物相互作用，污垢和微生物黏泥可以引起垢下腐蚀，而腐蚀产物又形成污垢，设备的生命周期缩短，存在安全隐患［3］。中温水循环系统主要应用于城市集中供暖系统、铁路客车的冬季热泵式空调取暖系统和区域小型锅炉供暖等。

目前，普遍采用的缓蚀方法是加入缓蚀药剂。许多研究和生产实践表明，在水中加入各种化学药剂，可以达到一定的缓蚀阻垢效果［4-6］。但是，投加含有大量化学成分的缓蚀药剂后，容易产生副作用和二次污染。而臭氧发生器具有阻垢、缓蚀和杀菌等多项功能，可以达到较高浓缩倍数，甚至达到零排放的标准，有效节约用水量［7-8］，是一种经济环保的水处理药剂。本文利用臭氧发生器代替传统的化学药剂处理中温循环冷却水，研究臭氧在不同条件下的缓蚀效果。

1 实验部分

1. 1 实验流程

模拟中温循环水系统运行模式，在热交换器中的水经冷却后，通过循环泵进入贮水箱，再通过泵循环至热交换器，形成循环系统，如图 1 所示。流量设计为 100 L / h，pH 为 6. 5，水温为 60 ～ 80 ℃。为缩短实验周期，在实验中加入一定的氯化钠。

实验表明，臭氧发生器具有一定的缓蚀作用。从图 11可以看出: 臭氧的缓蚀作用十分显著，缓蚀效果可达30% 左右。在水中无臭氧时，随着实验时间的延长，开始 3 d 时，挂片的腐蚀率显著降低，3 d 后达到腐蚀率的最低值，总体呈下降趋势。原因分析: 从实验挂片的外观上，挂片表面覆盖一层腐蚀产物，随着腐蚀产物的积累，溶解氧与金属接触的路径受阻，对试片起到一定保护作用。由臭氧的防腐蚀机理可知［8］，投加臭氧后，由于臭氧与金属表面分子发生氧化还原反应，在试片的表面形成一层致密的氧化物膜。由于臭氧半衰期短，水中溶解氧逐渐增加，以对流和扩散方式，使水中的氧通过水层和紧贴金属表面上的一层静止水层到达金属表面，过程快且顺利，使得氧向金属表面输送的速率与氧在金属表面的还原速率相差较小，依靠浓差极化作用产生的腐蚀作用降低。

在水中通入充足的臭氧发生器，取出置于空的大烧杯中，1 d 后取出 1 组挂片，挂片表面光滑，金属光泽稍暗淡。经过酸洗—无水乙醇浸泡—碱性钝化—无水乙醇清洗后，除去挂片表面上的微生物附着物，烘干后测 量，质量比实验前增加 0. 009 g，腐 蚀 率 为－ 0. 1339 mm /a，清洗干净后的空白组挂片，表面有几处极小的点蚀，时间越久，表面的凹凸感越明显。说明由于臭氧发生器的强氧化性在挂片上形成一层钝化膜，使得金属挂片的腐蚀效果降低。实验结果表明: 在生产实践中，如供暖供水系统在非使用期，针对系统中锅炉与管道系统的材质，可以在系统中贮水后，投加适量臭氧，使之形成钝化膜，然后排空系统，进行防腐维护。

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