载冷剂对金属产生腐蚀是一个复杂的过程,受到多种因素的综合影响,以下是主要的因素:
载冷剂的 pH 值对金属腐蚀有显著影响。当载冷剂呈酸性时,会加速金属的腐蚀。例如,酸性载冷剂中的氢离子(H⁺)会与金属发生化学反应,如在铁表面发生的反应:Fe+2H⁺+Fe²⁺+H₂↑,导致金属铁逐渐溶解,产生腐蚀。而当载冷剂的 pH 值过高,呈碱性时,也有一定可能会对某些金属产生腐蚀,如铝在强碱性环境下会发生化学反应,生成偏铝酸盐而被腐蚀。
载冷剂在使用的过程中,其 pH 值可能会因为种种原因发生明显的变化。例如,载冷剂的氧化、分解或者与系统中混入的杂质反应都可能会引起酸碱度改变。乙二醇载冷剂在有氧环境下可能会被氧化,生成酸性物质,使 pH 值降低,从而增加对金属的腐蚀性。
具有氧化性的载冷剂成分会加速金属的腐蚀。例如,载冷剂中的溶解氧、某些氧化性盐类(如高铁酸盐)等,会使金属表明产生氧化膜。对于一些活性金属,如铁、铜等,氧化膜的形成有几率会使局部的电化学腐蚀。生成的氢氧根离子(OH⁻)会与铁离子(Fe²⁺)结合形成氢氧化亚铁(Fe (OH)₂),氢氧化亚铁进一步被氧化为氢氧化铁(Fe (OH)₃),这一系列过程会导致铁的腐蚀。
载冷剂中的还原性物质有时也会对金属产生一定的影响。如果载冷剂中含有强还原性成分,可能会破坏金属表面已形成的保护性氧化膜,使金属更容易受到腐蚀。
载冷剂中如果含有电解质杂质,如氯离子(Cl⁻)、硫酸根离子(SO₄²⁻)等,会明显地增加金属的腐蚀速度。这些离子会增强载冷剂的导电性,促使电化学腐蚀的发生。以碳钢在含有氯离子的载冷剂中的腐蚀为例,氯离子会破坏碳钢表面的钝化膜,使碳钢表明产生微小的阳极和阴极区域,形成腐蚀电池。在阳极区域,铁原子失去电子变成亚铁离子(Fe²⁺)进入溶液,发生氧化反应;在阴极区域,氧气得到电子与水反应生成氢氧根离子(OH⁻),亚铁离子(Fe²⁺)和氢氧根离子(OH⁻)结合形成氢氧化亚铁(Fe (OH)₂),进而加速碳钢的腐蚀。
水中的硬度成分,如钙(Ca²⁺)、镁(Mg²⁺)离子,在一定条件下也有一定可能会参与化学反应,形成水垢。水垢的存在会影响热传递效率,并且在垢下可能会形成局部的腐蚀环境,加速金属的腐蚀。
载冷剂系统中可能会滋生微生物,如细菌、藻类等。微生物的代谢活动会产生酸性物质、硫化氢等腐蚀性物质。例如,硫酸盐还原菌在厌氧环境下会将硫酸根离子(SO₄²⁻)还原为硫化氢(H₂S),硫化氢会与金属反应生成硫化物,导致金属的腐蚀。
微生物还可能在金属表明产生生物膜。生物膜会阻碍载冷剂与金属表面的充分接触,导致局部缺氧环境,在生物膜下的金属表面易发生局部腐蚀,如点蚀、缝隙腐蚀等。
不同种类的金属具有不一样的化学活泼性,对载冷剂腐蚀的敏感性也不同。例如,铁、锌等金属比较活泼,容易在载冷剂中发生腐蚀;而金、铂等贵金属则相对耐腐蚀。在合金材料中,合金成分也会影响其抵抗腐蚀能力。例如,不锈钢中含有铬(Cr)元素,铬能够在金属表明产生一层致密的氧化铬(Cr₂O₃)保护膜,使不锈钢在许多载冷剂环境中具备比较好的耐腐蚀性。
金属材料中的杂质成分也会对腐蚀产生一定的影响。如果金属材料中含有少量的杂质,如硫(S)、磷(P)等,可能会降低金属的耐腐的能力。这些杂质在金属晶体结构中会形成局部的电化学活性区域,成为腐蚀的起始点。
金属表面的粗糙度、加工痕迹等会影响腐蚀。粗糙的金属表面比光滑表面更容易吸附载冷剂中的杂质和腐蚀性物质,而且粗糙表面的实际表面积更大,为腐蚀反应提供了更多的活性位点。例如,经过机械加工后的金属表面,由于存在加工痕迹和微小的凸起、凹陷,会比未经加工的金属表面更容易发生腐蚀。
金属表面的氧化膜状态也很重要。如果金属表面已形成了一层致密、完整的保护性氧化膜,如铝表面的氧化铝(Al₂O₃)膜、钛表面的二氧化钛(TiO₂)膜等,可以轻松又有效地阻止载冷剂与金属基体的接触,降低腐蚀速度。但是,如果氧化膜受到破坏,如被划伤、被载冷剂中的某些成分溶解等,金属就会暴露在载冷剂中,易发生腐蚀。
一般来说,温度上升会加速载冷剂对金属的腐蚀。随着温度的上升,载冷剂中的化学反应速度加快,包括腐蚀反应。例如,在较高温度下,载冷剂中的溶解氧扩散速度加快,金属的氧化反应也随之加速。同时,温度上升有几率会使载冷剂的化学稳定性下降,如载冷剂的分解、氧化等反应更容易发生,产生更多的腐蚀性物质。
不同的金属 - 载冷剂体系在气温变化时的腐蚀行为也不一样。有些金属在特定温度范围内可能会出现腐蚀速度的突变,这与金属表面膜的性质变化、载冷剂成分的活性变化等因素有关。
载冷剂的流速对金属腐蚀有重要影响。适当的流速能够大大减少金属表面的污垢沉积和微生物附着,对金属有一定的保护作用。但是,过高的流速会导致冲刷腐蚀。当载冷剂以较高的速度流过金属表面时,会冲掉金属表面的保护膜,使新鲜的金属表面不断暴露在载冷剂中,加速腐蚀。例如,在管道的弯头、三通等部位,由于载冷剂的流速方向发生改变,产生的冲刷作用较强,这些部位往往更容易发生冲刷腐蚀。
流速过慢则可能会引起载冷剂中的杂质、沉淀物在金属表面沉积,形成局部的腐蚀环境,如垢下腐蚀。因此,在载冷剂系统中,需要控制合适的流速,以减少金属的腐蚀。
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