防止液体冷却系统中的腐蚀


保护您的系统免受泄漏和性能下降的影响

水与水/乙二醇溶液是冷却系统和循环冷水机组中常用的传热液。尽管流体是传热应用的命脉,但它们也可能导致系统内腐蚀。由于传热表面的缩放,这种腐蚀会导致系统热性能降低,腐蚀沉积物导致管道直径减小导致流量减少,最终由于腐蚀损坏而需要更换系统部件。



腐蚀是材料(通常是金属)与其环境之间的化学或电化学反应,导致金属及其特性的恶化。本文将介绍化学腐蚀。(有关电化学或电镀腐蚀的更多信息,请参阅我们的应用说明"避免电镀腐蚀"。金属部件的腐蚀是水和水/乙二醇冷却系统的一个固有问题,因为许多金属在存在水时自然容易氧化。水中的溶解氧加速了大多数腐蚀过程。在闭环系统中,溶解氧会随着时间的推移而消耗,不再构成腐蚀风险。但是,对于开放回路系统,持续暴露在空气中可使氧气溶解到冷却液中。因此,与封闭单元相比,开环系统经常遭受更多的腐蚀问题。

腐蚀通常分为一般或局部。一般腐蚀是均匀分布于整个表面的金属损失。它通常不会导致快速的系统故障,因为金属损耗率可以在金属破裂之前发现。另一方面,局部腐蚀是不可预测的。它通常以点蚀的形式出现,可以非常迅速地穿透金属,形成空腔或孔。另一种常见的局部腐蚀形式是气穴,当液体中形成蒸汽小块时,气穴就会发生。当金属表面附近的局部压力低于液体的蒸气压时,就会发生此过程。当这些蒸汽气泡坍塌或爆裂时,它们会产生大量的能量。这会导致系统部件(如泵)严重点蚀,产生大量噪音,并导致泵效率降低。




潜在的腐蚀问题

腐蚀会导致许多问题,其中最重要的一点是穿孔,可能导致冷却液泄漏。其他问题可能包括表面缩放引起的传热减少,当金属与冷却液中的氧气、氯化物和/或抑制剂发生反应,并沉淀回金属表面时,会产生一个充当传热屏障的层。此外,还担心微粒过滤器堵塞和机械密封件损坏。

当铜腐蚀时,它更经常被一般腐蚀所降解,而不是通过点蚀。一般腐蚀通常会攻击暴露于氨、氧或含高硫液中的铜。影响铜的另一个腐蚀源是液体中的溶解盐,如氯化物、硫酸盐和碳酸氢盐。

对于铝,点蚀是最常见的腐蚀形式。点蚀通常是由卤化物离子的存在产生的,其中氯化物(Cl-)是液体冷却回路中最常遇到的。在向空气中开放的卤化物溶液中,铝的点蚀是由于在氧气存在的情况下,金属很容易极化到其点蚀电位,而自然产生的保护性氧化物层或薄膜被穿透。当pH值在4.0至8.5之间时,此膜在水溶液中稳定。薄膜自然是自更新的,意外磨损或其他机械损伤的表面氧化物膜被迅速修复。Aavid 强烈建议使用铝水保持清洁的传热表面时使用抑制剂。

不锈钢通常用于腐蚀性环境,但与铝一样,它在氧化环境中对高浓度氯化物(±100 ppm)很敏感。在不锈钢合金中,点蚀仍然是最常见的、最具破坏性的腐蚀形式之一,但可以通过确保材料暴露于氧气中并尽可能防止氯化物发生,从而防止腐蚀。铬含量高的不锈钢,特别是氧化铝和氮,更耐点蚀。




不受抑制的乙二醇引起的腐蚀

研究1表明,在存在热、氧和铜和铝等常见冷却系统金属的情况下,未抑制的乙二醇会降解为五种有机酸-甘油、甘油、甘油、碱基和草酸盐。铜和铝在无抑制的乙二醇的存在下起催化剂的作用。然后,这些有机酸将在极端条件下(212°F 和氧气冒泡到不受抑制的乙二醇溶液中)在三周内对铜和铝进行化学攻击,从而在液体中形成金属有机化合物,从而导致管道、泵、阀门等堵塞。

文献2参考文献经常指出,铜和铝与不受抑制的乙二醇相容,但这些建议通常基于对不同温度下各种金属进行为期两周的化学相容性研究。上述研究表明,在这些极端条件下,不受抑制的乙二醇通常要到三周后才会开始降解。总之,报告的数据基于乙二醇溶解金属的能力,而忽略了对降解、酸性无抑制乙二醇及其对金属的影响的担忧。后者对金属的腐蚀性要大得多。




防止腐蚀

通常,通过pH控制和缓蚀剂的使用可以减少腐蚀。抑制剂附着在金属表面,以钝化并防止腐蚀。保持稳定的水流也非常重要,以避免冷却系统内的停滞区域,因为这可能导致腐蚀。

在努力防止腐蚀时,还需要考虑水质。天然水的腐蚀性会因化学成分的不同而有很大差异。如本文前面所述,氯化物具有腐蚀性,如果自来水含有超过 100 ppm 的氯化物,则应尽量减少或避免使用自来水。水的硬度也需要考虑,因为它引入了钙和镁,在金属表面形成水垢。强烈建议使用去离子水、去矿化水或经过反渗透过程去除有害矿物质和盐的水,以避免氯化物和规模积聚。合适的缓蚀剂必须与去离子水或脱矿水一起使用。

不同的金属有不同的抑制剂,每种抑制剂的优点和缺点。

  • 磷酸盐是铁、钢、铅/锡焊料和大多数铝部件的有效缓蚀剂。它还是pH控制的一个很好的缓冲器。磷酸盐的一个缺点是硬水中含钙沉淀,这是脱离子水用于稀释乙二醇/水冷却剂的原因之一。
  • 托利特里亚索是铜和黄铜的常见且高效的缓蚀剂。
  • Mercaptobenzothizole 也适用于铜和黄铜,但它不如利氏二氮那样稳定。
  • 亚硝酸盐是铁的极佳缓蚀剂。在高浓度时,这种抑制剂对铅/锡焊料具有腐蚀性。
  • 硅酸盐是大多数金属的有效抑制剂,但往往在冷却系统中形成厚厚的沉积物。汽车防冻中的防锈抑制剂可能导致泵密封件过早失效。铬酸盐和可溶性油过去曾使用过,但由于毒性,其使用量已大大减少。现代抑制剂已经取代了它们。




防腐概述

尽管我们不能同时阻止腐蚀,但有办法可以显著限制腐蚀。通过选择适当的流体路径材料、监测溶液化学(特别是pH值和水质)以及选择适当的抑制剂,您可以最大限度地减少腐蚀造成的成本影响,并确保液体冷却的有效运行循环多年。

1""远离腐蚀"。工艺冷却与设备。7月1, 2005

2"无抑制乙二醇技术见解"。工艺冷却与设备。7月1, 2002


联系我们的工程团队讨论您的液体冷却应用以及如何最好地防止系统中的腐蚀。