回收污水热能时污水对铜管腐蚀的影响研究

第32卷第4期化工机械203回收污水热能时污水对铜管腐蚀的影响研究李晓明'王磊崔福义(哈尔滨工业大学)(黑龙江省电信工程公司)摘要采用静态旋转挂片试验法,研究了污水中CI~、氨氮和COD对HSn70-1A铜腐蚀行为的影响。结果表明,随着Cl~、氨氮和COD质量浓度的增大,钢的腐蚀率也增加。通过对试验数据进行方差分析，指出在试验水质条件下,CI和COD的质量浓度对铜腐蚀的影响不显著,而氨氮是影响铜腐蚀的主要因关键词铜管腐蚀C1^氨氮COD中图分类号TQ051.5文献标识码A文章编号0254-6094(2005 )04 0203-04污水中蕴藏着大量的热能，将其回收可节省中的热能时水中杂质对铜质换热设备的腐蚀进行大量的能源。早在20世纪80年代,瑞典的Sku-了研究,为回收未处理污水中热能时的主要水质rup、日本东京的后乐泵站、日本东京的汤岛污水控制参数提供了试验依据。泵站和莫斯科热电厂利用热泵来回收未处理污水1试验中的热能"。当前,国内对回收污水热能的研究1.1试验水质主要集中在处理后污水的热能回收上。对未处理试验用水取自学校家属区的生活污水,其水.污水热能的回收研究还较少。本试验利用学校家质分析结果见表1。属区生活污水作为试验水质,对回收未处理污水表1家属区生活污水水质分析数值pH总碱度总硬度Ca2*CIDSSS:0DSO.氨氨PO,'-7.86483.4228.5166.894.575728350036.0414.815.2最小7.02196.28716.841.449624410.98.782.93.平均7.44339. 8157.7591.87. 9553144.523.4711. 799.0注:表中除pH值外,其他参数单位均为mg/L.1.2 试验装置|电动搅拌器本试验所用装置如图1所示。在烧杯中放人.控温仪?点[温度计配好的水样。将烧杯放人恒温水浴中,待烧杯中测温探头一的水样温度达到指定值时,启动电动搅拌器。其电加热器中恒温水浴的温度是通过控温仪和测温探头来控恒温水浴制的。水浴温度控制范围在30 ~80C,精度是试片+1C;旋转轴转速75 ~ 150r/min,精度+3% ,试烧杯中国煤化工-验时为120r/min;能连续运转200h以上;旋转轴、试片固定装置和烧杯用电绝缘材料制作。MHCNMHG困*李晓明,女,1977 年2月生,博士研究生。黑龙江省哈尔滨市,150090。204化工机械2005年试验中所用试片是标准II 型试片。试片的较大。但在整个试验期间,铜的腐蚀速率均在各部分尺寸见图2,材料为换热器中常用的型号0.006mm/a之下,这是符合污水回用标准的。HSn70-1A。0.004D0.003-海0.002-φ4.0+0.1|p2040 60 80 100CI质量离子浓度/mg.L"图3 Cl- 质量浓度对铜腐蚀的影响J1.502.0+0.12.2氨氮对 铜腐蚀的影响试验中采用NH,NO,配置水样,根据试验期图2试片尺寸 图间取得的污水中所含有的氨氮含量,在去离子水1.3试验方法水质分析方法主要采用的是国家环境保护总中加人NH,NO,来配置不同浓度的水样进行试局和《水和废水监测分析方法》编委会主编的第验,试验结果见图4。从图4可以看出,在氨氮含四版《水和废水监测分析方法》。铜片腐蚀采用量为4mg/L之前,随着氨氮浓度的增加,腐蚀率静态旋转挂片失重法来测定分析。根据《金属和也快速增长，但在4~6mg/L之间,腐蚀率的增加合金的腐蚀试样上腐蚀产物的清除》(GB/T16545比较平缓。6mg/L之后， 腐蚀率又呈现快速增长- 1996)来清理腐蚀后的产物。铜片腐蚀率按下的趋势。而且氨氮浓度在0 ~ 6mg/L之间时,铜的腐蚀率都在0. 006mm/a之下,这是符合污水回式计算:用标准的。从试验期间取得的污水来看,污水中[8.76x10' x(M-M.-M)]STD氨氮的含量最小在8. 78mg/L,最大在14. 8mg/L。，1.4试验设计因此,如果在回收污水热能时采用铜质换热器,一众所周知,水的pH值、水温、CI~、氨氮和微定要控制污水中的氨氮水平,建议控制在6mg/L生物都对铜管的腐蚀有- -定的影响口]。对于本.的浓度下试验污水来讲,其pH的变化范围内,铜管都较为稳定,水温也较低。因此本试验主要研究污水中氯离子、氨氮和COD对铜管腐蚀的影响。同时使每0.006-世0.004-用方差分析方法,来分析对铜管腐蚀影响最大的健0.002-0.000因素。0246810121416182结果和讨论氨氪质量浓度/mg. I'为了减小其他因素的影响，试验的单因素影响采取表1中的水质分析数据作为依据,采取去图4氨氦质量浓度对铜腐 蚀的影响离子水模拟污水水质,再变化其他影响因素浓度2.3COD对铜腐蚀的影响由于污水中所含有机物较为复杂,在试验中配水分析。难以实现。因此,在试验中采取用葡萄糖配置水2.1 氯离子对铜腐蚀的影响在去离子水中加入一-定量的NaCl配置不同.样,来模拟污水中COD对铜腐蚀的影响。试验结CI-浓度的水样,来进行挂片试验,试验结果如图果如图5所示，从图5中看到C0D质量浓度在3所示。从图3中可以看出,随着Cl~质量浓度的低于3中国煤化工得比较缓慢，但在3YHCNMHG看浓度的增加，增加,铜的腐蚀速率是逐渐增长的。在CI~质量浓度低于40mg/L时,铜的腐蚀率增加比较平缓,铜的腐蚀率也迅速增加。这个原因可能是,在初而在40~100mg/L期间,铜的腐蚀速率增加速率期，微生物在铜表面生成了保护膜,使得腐蚀发生第32卷第4 期化工机械2050.004为用葡萄糖模拟含有COD的水样,要比真正污水.0.003简单得多,同时也可能是因为铜表面释放的离子0.002具有一定的杀菌作用。2.4 CI~、氨氮和COD的方差分析100200300 400 500采用方差分析的方法来确定在试验所用水质COD/mg°L'图5COD对铜腐蚀的影响条件下,C1~、氨氮和COD中哪个是影响铜片腐蚀得比较缓慢,但随着COD浓度的增加,微生物繁的显著因素(表2~4)。从这3个因素的方差分殖,导致了腐蚀的进一步发生。同时发现，COD析表中可以看到,氨氮是影响铜片腐蚀的主要因对铜的腐蚀率影响比其他因素的要小，这除了因素,其变化会引起铜腐蚀的显著变化。表2氨氮离子的方差分析表方差来源平方和自由度方差统计量临界值显著性因素A2. 129 x10 -321. 77417x10-4227. 92162. 958*串由误差E9. 34x10-°267. 78411 x10-总和T2. 138x10-338表3 CI^ 的方差分析表-1.035x10“8- 1.29375 x10-5 -776.253. 705不显著3x10 -1. 66 x10-8-1.032x10-4表4 COD的方差 分析表-1.925 x 10~16-1.20313x10-+ - 818 1252. 5325x10 -6341.47059 x 10 -7-1.92 x10。503结论其变化会引起铜腐蚀的显著变化。3.1在回收污水热能时,铜片的腐蚀均随着氯参考文献离子、氨氮和COD的质量浓度的增加而增加,但氯离子和COD-铜的腐蚀曲线比较平缓,而氨氮-1崔福义,李晓明,周红.污水源及其在热泵供热中的应铜的腐蚀曲线相对陡峭。用、建筑低温技术,2005(1) :96 ~973.2 在回收污水热能时,一定要控制氨氮水平，2李海舰,杨小琴,周宗权.影响铜合金腐蚀因素分析.电力环境保护,1995 ,1(2):45 -48建议控制在6mg/L之下。(收稿日期:2005-04-15)3.3 氨氮质量浓度是影响铜腐蚀的主要因素，Research on the Influence of Sewage on Copper Tube CorrosionWhen Reclaiming Heat Ener中国煤化工LI Xiaoming' , WANG LeirMHCNMHG( ' Harbin Institute of Technology, Harbin, 150090, Heilomngjiang, China;? Heilongiang Electric Communication Engineering Company, Harbin, 150001，Heilongiang, China )Abstract A research was conducted for the influences of Cl"，ammonia and nitrogen, and COD on HSn.20化工机械2005年70-1 A copper tube corrosion behavior using the static rotary hanging lamella method. The result shows that thecorrosion rate of the copper tubes rose with the increase of the quality concentrations of CI”，ammonia and ni-trogen, and COD. It was pointed out that under the condition of experimental water, the influence of the qual-ity concentrations of CI- and COD on the corrosion of the copper tubes was not evident ，and the influences ofammonia and nitrogen on the corrosion of the copper tubes was a major factor according to variance analysisbased on the test data. It was also found that the corrosion rate of the copper tubes was beyond 0. 006mm/awhen the quality concentrations of ammonia and nitrogen were over 6mg/L. Therefore ，the quality concentra-tion of ammonia and nitrogen must be below 6mg/L when reclaiming heat energy from sewage.Keywords Copper Tube, Corrosion, Cl ”，Ammonia and Nitrogen, COD化学工业出版社图书推荐压力容器专业图书专栏欧盟承压设备实用指南压力容器实用技术丛书[英]Simon Earland David Na著压力容器实用技术丛书编写委员会编16 开16开/48元丛书涵盖了压力容器设计、材料、制造、现场组焊、检验、监本书紧密结合欧盟承压设备有关督、使用.防腐、维护、修理、管理等诸多环节的实用技术,是我国欧盟承压设备指令和标准97/23/EC《承压设备第一套有关压力容器实用技术的综合性丛书。实用指南指令》、EN13445<非火焰接触压力丛书共6种,包括:容器》和PD550<非火焰接触熔焊《压力容器用材料及热处理》(90元)式压力容器》以及ASME锅炉压《压力容器制造和修理》(90元)力容器规范第圜篇等国际权威规《压力容器腐蚀与控制》(80元)范标准,通过综合分析比较,全面《压力容器设计知识》(即将出版)介绍了承压设备的设计、制造、检《压力容署检验及无损检测》(即将出版)验、安装和在役检验。本书收录《压力容器安全监察与管理》(即将出版)87/404/EEC《简单压力容器指令》.97/23/EC(承压设备指令》全可供从事承压设备管理、科研、设计、制造、检验等工作的技其他在版相关图书ASME压力容器设计指南(第二版)16开/32元术人员,以及高等院校过程装备与控制工程专业及其他相关专业化工容器及设备简明设计手册(第二版)16开/140元的师生参考。化工容器设计(第二版)16开/27元化工容器设计例题习题集16开/15元特殊压力容器16开/41元化工设备设计全书压力容器材料实用手册一-特种材料16开/62元化工设备设计全书编辑委员会编16 开压力容器材料实用手册碳钢及合金钢16开/82元“化工设备设计全书”共15种。其中涉及压力容器的有:压力容器焊接结构分析《化工容器》(48元)《压力容器定期检验规则》释义大32开/22元《高压容器》(35元)压力容器焊接结构工程分析《超高压容器》(38元)承压设备失效分析与处理大32开/25元《球罐和大型储罐>(52元)压力容器安全技术(劳动保护丛书)32开/28元书中列举了许多计算和设计的实例，可供压力容器设计、研压力容器安全技术(石油化工安全培训教材)究制造及使用管理的工程技术人员参考。压力容器安全技术(现代生产安全技术丛书)大32开/28元化学工业出版社出版机械、电气、化学、化工、环境、安全、生化工压力容器设计一方 法、问题和要点物、医药、材料工程、腐蚀和表面技术等专业科技图书。如要出版王非编著16开/39元简介和详细目录,或对压力容器设计中常见的、容易引起争议的-些问题.进行者更多中国煤化工版社网站:www. eip.了讨论和分析,给出解决问题的思路和要点。目的是提醒如何搞com. cn:TYHCNMHG好设计,而不仅是如何从事设计。本书不但对石化、化工、医药领城的压力容器工程师提供帮地址:北京市朝阳区惠新里3号( 100029 )助,而且对冶金.能源环保、轻纺、食品、城建等领城的压力容器邮购;010 - 64982530 ,64982511(发行部邮购科)工程师提供参考。.编辑:010 - 64982557 ,64982532(装备与信息出版中心)