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                電化學腐蝕

                添加時間:2018/08/09



                  1. 電化學電池(Battery)的形成
                電化學腐蝕是最基本、最常見的一種腐蝕形式。電化學的腐蝕過程也就是一個原電池(Battery)(電化學電池)的工作過程。如通常所見的電路一樣,必須具備陽極、陰極(cathode )、內電路和外電路。外電路可以是陽極和陰極的連接,內電路可以是陽極和陰極接觸的電解質溶液。分下列三種情況(Condition):
                (1 )不同金屬相互接觸;
                (2 )金屬內部組成的不均勻或金屬表面液體濃度有差異;
                (3 )金屬表面不均勻。
                上述3 種的任意一種條件下電化學電池的形成見示意圖12-3 。冷卻水塔利用冷卻水塔降溫再利用。冷卻水塔結構:需冷卻的水在水塔頂部通過管道向下噴灑,另外水塔壁有 吹風機,把空氣吹入,而頂部有一個很大的抽風機,把空氣抽出塔頂,從而利于氣流流動,加速水的降溫。
                對于金屬來說,水作為一種電解液,具有明顯的電化學性質。而金屬本身含有較多雜質,金屬與雜質之間存在著電位差,在水的介質中形成了無數微腐化侵蝕 電池(Battery),在金屬表面某一部位,因鐵被腐蝕成離子進入水中成為陽極(anode),所釋放出來的電子(e - )傳遞到金屬表面的另一部分而成為陰極,這就形成了電化學電池,腐蝕便會發生,當水中存在足夠的溶解氧時,腐蝕會不斷地進行下去。

                  2. 電化學腐蝕過程(guò chéng)
                金屬的腐蝕過程(guò chéng)與所接觸水的溫度和水質有關,特別是與水的p H 值的關系更為密切,有時也與所受壓力有關。現按通常的水質和水溫條件對腐蝕過程進行論述。實際上循環冷卻水的水質遠比自來水差,溶解氧多,p H 值高,因此電化學腐蝕更為復雜和嚴重。
                金屬的電化學腐化侵蝕 過程(guò chéng)如圖12-4 所示。圖中(a )表示金屬表面某個部位的金屬原子溶解于水中,產生了氧化反應,構成了一個腐蝕電池(Battery)的陽極(anode),并釋放出電子,其氧化反應式為:
                陽極(anode)釋放出來的電子在金屬內沿一條阻力小的部位運動,在酸性條件下氫離子(氫的核素氕可以看作質子)的還原反應為:
                在中性水的條件下,氧的還原反應為:
                進而溶液中的金屬離子(Fe2 +)在陰極(cathode )與氫氧根離子(O H - )反應生成氫氧化合物,即圖中(b ):
                當水中沒有氧時,則反應式(12 )不存在,沒有O H - 產生,反應到式(12 )及(12 )就停住了,這時陰極(cathode )部位的表面為H 2 或Fe
                  (O H )2 所遮蓋,就會阻止電子繼續轉移,金屬的表面不再和水直接接觸,反應式(12 )及(12 )就不再繼續發生,反過來抑制了反應式(12 )的發生,金屬離子(Fe2 + )不再溶解于水,也無電子流動,保護金屬不再腐化侵蝕 ,如圖12-4 中(a )、(b )所示。反應式(12 )是分兩步進行的,第一步氫離子(氫的核素氕可以看作質子)(H + )得到了一個電子還原成為氫原子附著在陰極(cathode )的金屬表面形成保護膜,使金屬不再被腐蝕;第二步在酸性或缺氧條件下,氫離子通常形成氫分子(H 2 )而逸出,從而失去了氫原子的保護膜。通常把陰極氫原子層的形成稱作極化,氫原子層的篩除稱為去極化。 天然水體或p H 值接近中性的水中均含有溶解氧,循環冷卻水中的溶解氧相當充足(飽和溶解氧量約8~14mg/L ),陰極部位的反應必將繼續進行下去。H 原子保護層和Fe(O H )2 保護層不再存在,金屬繼續被腐蝕。反應為:
                反應生成的氫氧化物Fe(O H )3 沉積在金屬表面,形成鐵銹。冷卻塔是集空氣動力學、熱力學、流體學、化學、生物化學、材料學、靜、動態結構力學,加工技術等多種學科為一體的綜合產物。水質為多變量的函數,冷卻更是多因素,多變量與多效應綜合的過程。由于水中存在著氧而產生反應式(12 )及(12 ),使反應式(12 )~(12 )必然還要繼續下去,因而反過來推動式(12 )的進行,金屬就會不斷溶解于水,也就是不斷受到腐蝕,如圖12-4中(c )所示。
                在電化學腐蝕過程(guò chéng)中,溶液中的溶解氧和p H 值對金屬腐蝕進程起著至關重要的作用。當溶液中無溶解氧時,陰極(cathode )反應以式(12 )進行。這時,反應生成的原子態H 和氫氣(H 2 )會覆蓋在陰極表面上,產生超電壓的極化作用。只有當溶液的p H < 4 時,H +離子成為決定性因素,電極反應才能持續進行,當p H > 5 時,腐蝕作用就會停止下來。在溶液中存在溶解氧時,情況(Condition)就不同了,在酸性條件下,按反應式(12 )進行而生成水,不會產生極化作用;在中性條件下,可完全按式(12 )進行反應,使腐蝕作用加強。實際上,當p H > 6 時,溶解氧是決定腐蝕的主要因素。當溶液的p H > 9 時,金屬的腐蝕速度會降低。
                從上述反應式和圖12-4 可見,陽極部位是受腐化侵蝕 部位,陰極部位是腐蝕生成物堆積的部位。當腐蝕在整個金屬表面基本均勻地進行時,腐蝕的速度較慢,危害相對較小,這種腐蝕稱為全面腐蝕;當腐蝕集中于金屬表面的某些部位時稱局部腐蝕,局部腐蝕的速度很快,容易銹穿,危害性也大。無論哪種腐蝕,對循環冷卻水水質均會造成污染和結垢。

                  3. 酸、堿腐蝕產生的鐵銹
                水的酸度是水中給出質子物質的總量;水的堿度是水中接受質子物質的總量。酸度和堿度都是水的一種綜合性的度量,只有當水中的化學成分已知時,才能被解釋為具體的物質。循環冷卻水水質標準規定的p H 值為7~9.2 ,即從中性到堿性,是根據藥劑配方確定的。
                酸度包括(bāo kuò)強無機酸(如H N O 3 、H C
                  L、H 2SO 4 等),弱酸(如碳酸、醋酸、單寧酸等)和水解鹽(如硫酸亞鐵、硫酸鋁等)。酸不僅有腐化侵蝕 性,而且對化學反應速率、化學物品的形態和生物過程(guò chéng)等有影響。酸度的測定可反映水質的變化情況(Condition)。測定的酸度數值大小與所用指示劑和滴定終止的p H 值有關。用mg/L
                  (以CaC O 3 計)表示。冷卻塔是集空氣動力學、熱力學、流體學、化學、生物化學、材料學、靜、動態結構力學,加工技術等多種學科為一體的綜合產物。水質為多變量的函數,冷卻更是多因素,多變量與多效應綜合的過程。
                循環冷卻水中除投加處理藥劑之外,主要存在的是弱碳酸(H 2 C O 3 )。按碳酸平衡中,離解生成C O 23 - ,C O 23 - 在水中的反應為:
                生成O H - 堿度,成為堿腐蝕。
                堿度包括水中重碳酸鹽堿度(H C O 3- )、碳酸鹽堿度(C O 23 - )和氫氧化合物堿度(O H -),水中這3 種離子的總和稱為總堿度。冷卻塔是集空氣動力學、熱力學、流體學、化學、生物化學、材料學、靜、動態結構力學,加工技術等多種學科為一體的綜合產物。水質為多變量的函數,冷卻更是多因素,多變量與多效應綜合的過程。一般水中僅含有H C O3- 堿度,堿性強的水中才會有C O 23 - 、O H - 堿度。循環冷卻水的p H 值> 7 ,故三種堿度都存在。弱堿H C O 3-根據碳酸平衡和式(12 )反應,生成強堿O H - ,造成對鐵的腐蝕為:
                腐化侵蝕 的結果與電化學腐蝕相同,仍為鐵銹,從而污染水質。

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