Значение pH является важным фактором, влияющим на скорость коррозии в водных средах. В интервале значений pH 6,5 — 9,5, наиболее характерных для оборотных вод, скорость коррозии сталей практически постоянна. Контролирующим фактором коррозии в этих условиях является диффузия растворенного кислорода к поверхности металла. При низких значениях pH скорость коррозии увеличивается вследствие водородной деполяризации металла при разряде ионов водорода. При pH > 10 скорость коррозии сталей незначительна [2].

При значениях pH оборотной воды <7 коррозия оборудования равномерна. Образующиеся продукты смываются с металла потоком воды. В интервале pH от 7 до 10 коррозия приобретает локальный характер. На отдельных участках поверхности металла при этом образуются осадки продуктов коррозии, способные закупоривать трубки трубных пучков. pH оборотной воды — один из основных факторов, определяющих возможность образования на металле карбонатной пленки [3]. Значение pH оборотной воды рекомендуется поддерживать в интервале 6,5 — 8,8 [4]. Нижний предел является оптимальным для применения ряда ингибиторов коррозии, а верхний — назначается с учетом максимального естественного повышения pH воды в оборотной системе.

Растворенный кислород — один из наиболее агрессивных компонентов оборотных вод. Процесс взаимодействия кислорода с металлом в водной среде описывается уравнением:

Me + ⅟₂nО₂ + ⅟₂nН₂О → МеО_n + ⅟₂nH₂O

До концентрации 7 мг/л скорость коррозии возрастает пропорционально концентрации растворенного кислорода [5]. В дальнейшем снижение скорости коррозии обусловлено пассивацией металла. В присутствии хлорид-ионов достижение пассивного состояния затруднено, а в некоторых случаях даже невозможно.

При эксплуатации конденсационно-холодильного оборудования постоянно имеет место ситуация, когда скорость движения охлаждающей воды на различных участках поверхности металла неодинакова. Это определяет различия в поступлении кислорода и обусловливает функционирование на поверхности металла аэрационных пар, приводящих к развитию наиболее опасной язвенной коррозии оборудования. Интенсивной коррозии при этом подвергаются участки с низкой скоростью движения воды. Образующиеся объемные отложения гидроксида железа препятствуют току воды и затрудняют работу оборудования и трубопроводов систем оборотного водоснабжения [2].

В тех случаях, когда вода обладает способностью образовывать на поверхности оборудования защитную карбонатную пленку, увеличение концентрации кислорода способствует торможению процесса коррозии и повышению защитных свойств пленки [3]. Это объясняется тем, что в процессе электрохимической коррозии с кислородной деполяризацией при восстановлении кислорода накапливаются гидроксильные ионы

O₂ + 2Н₂0 + 4е —>  4OН^-,

которые приводят к значительному увеличению pH воды у поверхности металла, что стимулирует осаждение карбонатного осадка.

Диоксид углерода в оборотной воде может присутствовать в растворенном виде в форме моногидрата — угольной кислоты, гидрокарбонатных и карбонатных ионов или в свободной форме. Растворенный в воде диоксид углерода несколько снижает pH, способствуя увеличению ее коррозионной агрессивности. Присутствующий в воде диоксид углерода дополнительно вызывает от ⅟₁₀ до ⅟₇ коррозионных потерь по сравнению с потерями от такого же количества кислорода [6].

Следует отметить снижение растворимости газов с ростом концентрации солей в воде и увеличением температуры.

Из оборотной воды возможно осаждение на металле мало- растворимого СаСОз. Плотная пленка осадка защищает металл от коррозии, но нарушает теплопередачу, а при значительном количестве отложений препятствует току воды и усложняет эксплуатацию оборудования. Поэтому коррозионная агрессивность оборотной воды во многом определяется способностью к осаждению пленки карбоната кальция. Каждой определенной концентрации ионов НСО₃ в оборотной воде соответствует равновесная концентрация свободной СО₂ [7]. Если концентрация свободной СО₂ в воде выше равновесной, то избыток ее вступает в реакцию с карбонатом кальция:

СаС0₃ + С0₂ + Н₂0 → Са(НСО₃)₂.

т, е. происходит растворение карбонатной пленки. В случае, когда концентрация свободной С02 ниже равновесной, реакция идет в противоположном направлении с образованием на стенках трубных пучков толстых карбонатных слоев, уменьшающих пропускную способность трубок и ухудшающих теплообмен. При равновесной концентрации свободной СО2 вода является стабильной и не способна ни отлагать, ни растворять карбонатную пленку.

Из существующих методов оценки способности воды образовывать карбонатные отложения используются расчеты показателей стабильности по методам Ланжелье, Ризнера [3, 7, 8], СНиП 2.04.02—84 и др. Поддержание стабильного состояния воды при эксплуатации систем оборотного водоснабжения чрезвычайно важно для успешной работы оборудования.

Сероводород в воду может поступать из барометрических конденсаторов, через пропуски в конденсационно-холодильном оборудовании, из атмосферы, а также в результате жизнедеятельности микроорганизмов, при этом увеличивается скорость процессов восстановления растворенного кислорода и окисления металла, что приводит к усилению коррозии углеродистых, низколегированных, высоколегированных хромистых и хромоникелевых сталей, При концентрациях сероводорода до 2 мг/л образующаяся в результате взаимодействия с углеродистой сталью сульфидная пленка обладает защитными свойствами, которые теряются с ростом концентрации сероводорода [9, 10].

Структура сульфидной пленки на поверхности металла весьма существенно влияет на скорость коррозии сталей в воде. Сульфид железа но отношению к углеродистой стали является катодом и образует с ней гальваническую пару, разность потенциалов между полюсами может достигать 0,2 — 0,3 В, что способствует усилению коррозии сталей. Структура сульфидной пленки и ее свойства зависят от парциального содержания сероводорода. При концентрациях H₂S до 2 мг/л сульфидная пленка состоит, главным образом, из пирита и троилита. Диффузия катионов железа через эту пленку затруднена, и скорость коррозии мала. По мере роста содержания H₂S сульфидная пленка на поверхности металла обогащается канситом, который не препятствует диффузии катионов железа, и скорость коррозии увеличивается.

Высокая агрессивность сероводорода и сульфидов требует некоторых мер по снижению их концентраций в оборотных водах. В этой связи при реконструкции предприятий барометрические конденсаторы смешения должны заменять поверхностными, а III систему водоснабжения, характеризующуюся повышенными концентрациями сероводорода, следует аннулировать.