排烟冷却塔腐蚀的主要原因

1、硫酸根离子腐蚀
进入冷却塔烟气中的SO₂,SO₃与水蒸汽混合,分解成亚硫酸根离子、硫酸根离子和氢离子(SO^2-₃,SO^2-₄,H⁺),与混凝土中碱性物质氢氧化钙发生反应生成亚硫酸钙。亚硫酸钙继续被空气氧化生成硫酸钙,当SO^2-₄的质量浓度大于5000mg/L时以石膏结晶形式析出,体积膨胀1.2倍,引起混凝土开裂。当SO^2-₄的质量浓度低于1500mg/L时,硫酸钙与水泥熟料矿物CA水化生成的水化铝酸钙C4AH19作用,生成钙矾石结晶析出。钙矾石由于引入了大量结晶水,体积迅速增大约2.5倍,从而在混凝土结构内部产生巨大结晶压,使混凝土膨胀而开裂。
2、碳化作用
一般情况下,由于混凝土为碱性物质,其液相pH值为12.5~13.5,钢筋在这种环境中能形成厚约40Lm的致密的共格构薄膜(钝化膜),它不仅可以隔绝氧接触钢筋,而且可阻止钢筋内部形成腐蚀电流,对钢筋起到保护作用。烟气中的CO₂与混凝土中的Ca(OH)₂发生反应,生成碳酸钙,当大量的碳酸钙形成时,混凝土内部碱性环境受到破坏,达到一定程度(如pH值在9以下时),钢筋表面钝化膜消失,此时,钢筋的锈蚀就不可避免了。混凝土碳化受多种因素影响,混凝土的质量与密实度、钢筋保护层厚度、环境条件(如温、湿度)、CO₂质量浓度等。
3、氯离子腐蚀
氯离子是钢筋最强烈的活化剂之一,进入冷却塔的烟气中存在氯化物(HCl),当氯离子渗透到钢筋表面并达到一定质量浓度时会使得局部保护膜破坏,成了活化态。在氧和水充足的条件下(冷却塔内部恰恰具备这种条件),活化的钢筋表面形成一个小阳极,未活化的钢筋表面成为阴极,结果阳极金属溶解形成腐蚀坑,这种腐蚀成为点腐蚀(铁锈)。铁锈若继续失水就形成水化氧化物红锈,一部分氯化不完全的变成黑锈,由于铁锈呈多孔状会有较大的体积膨胀,因此,很容易在混凝土中出现顺筋裂缝,引起结构物的耐久性破坏。同时,氯盐还可以和混凝土中的Ca离子反应生成易溶的CaCl₂并带有大量结晶水,形成比反应物体积大几倍的固相化合物,造成混凝土的膨胀破坏。冷却塔处于干湿交替状态或常年湿度大于80%,当氯化物含量与混凝土的质量比达到0.2%以上时,可能会出现腐蚀。
4、冻融循环作用
冻融循环使混凝土中的水结冰膨胀而产生张力,如果混凝土结构不能承受冻融循环作用,将导致结构开裂。冻融作用多半会在冷却塔的下缘发生混凝土损坏,使混凝土剥落,壁厚减薄。
5、紫外线作用
由于排烟冷却塔烟气的引入,在紫外线的辐射作用下,水蒸汽与烟气混合物在冷却塔喉部以上区域形成原子团,对冷却塔喉部以上的筒壁内表面会产生较大化学应力,将加剧塔体结构的腐蚀。
6、微生物腐蚀
微生物对混凝土和钢筋造成腐蚀破坏,有时是相当严重的。某些微生物的腐蚀,本质上是/酸化0作用。典型的是硫酸盐菌,在它的生命过程中,能将环境中的硫元素(S)转化成硫酸,可使混凝土中性化和酸化,进而引起硫酸盐膨胀腐蚀和钢筋锈蚀(类似SO2和SO2-4的作用)。
冷却塔内的潮湿环境利于微生物生长,尤其是采用中水作为循环水的冷却塔更易滋生各种微生物。中水中有多种硫氧化细菌存在,按其适宜生长的环境可分为嗜中性硫氧化细菌(NOSM)和嗜酸性硫氧化细菌(AOSM)2大类。嗜中菌能够在较高pH值环境下生长,使混凝土表面pH值降至4~5,此时,嗜酸菌以嗜中菌的代谢产物作为营养物质,大量繁殖产酸,进一步降低pH值使混凝土遭受严重腐蚀;嗜中性硫氧化细菌只在混凝土表面大量生长繁殖,而嗜酸性硫氧化细菌则能与代谢生成的生物硫酸一起渗入混凝土,并进一步代谢产酸使混凝土内部遭受腐蚀。生物酸对混凝土的腐蚀作用远大于化学纯酸,生物膜内微生物的高度繁殖代谢及向混凝土内部穴居,使混凝土内部直接遭受腐蚀。
排烟冷却塔中多种腐蚀因子的存在,将会加剧结构的腐蚀破坏,排烟冷却塔的腐蚀环境虽然严重,但可以通过采取有效的防腐措施来防止其在设计寿命内的结构腐蚀破坏的发生。优良的防腐体系不仅可保证冷却塔的安全运行,而且可减少后期的停机维修时间、降低维修费用,从而大大提高经济效益。