浅谈海水环境中潜水泵的选型及应用

浅谈海水环境中潜水泵的选型及应用

Abstract: Atlantis Water Park in Sanya is a large-scale water park entertainment project, which has many interactive venues for marine organisms. Therefore, it has high anticorrosive requirements for engineering materials and equipment. This paper compares and analyses the selection and application of submersible pump in this project, and finally determines the best anti-corrosion scheme, hoping to provide reference for other similar projects.

Key words: Seawater; Corrosion; Submersible Pump; Epoxy Coating; Zinc Anode

[关键词]：海水；腐蚀；潜水泵；环氧涂层；锌阳极

• 项目简介

失落的海洋帝国——三亚·亚特兰蒂斯水上乐园位于海南三亚海棠湾滨海岸线中部，项目用地面积约168亩，建筑面积约为90000㎡,可同时容纳8000多人，内设海豚馆，海狮互动乐园，鲨鱼池等大型海洋生物表演互动场馆，包含有大型地下海水预处理站一座，多个地下维生机房、水处理机房等，拥有完整的海水净化系统、海洋生物维生系统、水处理系统。

潜水泵腐蚀原因分析

本项目海洋生物场馆众多，因此地下配套设备机房、管廊等设施也多，为保证海洋生物的正常生活环境，维生系统设备及管道的安全就显得极为重要，其中最重要的环节之一就是处理好各机房、管廊内的排水问题。

维生系统在运行过程中，需要对池体、设备、管道进行周期性检修，检修时系统内多余的海水就需要通过机房内的潜水排水泵排至室外；另外系统长期运行过程中，设备及管道接头处难免发生渗漏，这部分海水同样需要通过潜水泵排出。而且由上可见，此部分潜水泵排水也是周期性的，停滞时间大于运行时间。众所周知，海水具有高电导率且具有极强的腐蚀性，那么像这样长期处于海水环境中且周期性运行的潜水泵的防腐性能就至关重要。

2.2 腐蚀机理

金属在海水中受到周围不同介质的化学作用、电化学的作用、物理的融解作用使其造成破坏，这种现象称之为金属腐蚀。其中电化学的腐蚀作用是直接造成各类潜水泵金属结构的电化学腐蚀反应破坏的一个主要原因，其电化学腐蚀作用所造成的金属结构破坏可能性要远远比化学作用和物理的融解腐蚀强烈的多。一种潜水泵金属浸泡在海水之中，由于其金属或合金外表面存在化学物理成分不均匀性，相分布的不均匀性，再加上不同受力的外部条件就会导致金属表面存在应力和应变的不均匀性，以及其他微观化学物理方面的不均匀性，从而就会导致潜水泵金属表面与海水界面上的电极、电位子等分布的微观不均匀性。因此金属表面就极大可能会直接形成无数个微小的金属腐蚀微电池，从而在潜水泵金属构件表面上分别出现阴极区和阳极区[1]。一般而言，决定潜水泵金属腐蚀反应速度的主要因素之一就是与其接触介质的电导率、pH值、含氧量、流速以及潜水泵金属的微观化学特性。根据此次项目现场实际情况分析可知，影响本项目潜水泵金属构件的腐蚀速度的主要因素为介质的电导率、和介质的PH值，由于海水含盐量较高，有大量氯离子，氯离子会增加介质电导率，同时破坏金属抗腐蚀所需的氧化层，因此解决潜水泵腐蚀的主要考虑因素为氯离子浓度和PH值。

海水腐蚀的防护方法

3.1 防腐方案

根据国内外相关研究资料显示，由海水侵蚀造成金属腐蚀的主要防护措施方法主要包括有对金属的电化学保护、在金属外表形成保护层、改善海水中金属的腐蚀本质、改善金属腐蚀环境等[2]。

1）电化学保护法

电化学的保护方法主要有外加活泼电流保护法和牺牲阳极保护法两种。常见的外加活泼电流保护法主要是将被保护的潜水泵金属物件与另外一个附加的活泼电极物件作为电解池的一个两极，被活泼金属保护的金属构件称为阴极，这样就使被电流保护的金属构件避免直接受到了电化学腐蚀。牺牲阳极保护法主要是将活泼的金属物件连接在被保护的金属物件上，使之连接形成一个原电池，这时活泼金属物件作为此原电池的一个阳极而被腐蚀，被此原电池保护的金属作为电池的阴极而受到保护。

2）形成保护层

将耐蚀性较好的金属构件或其他非金属耐腐蚀性物质喷/衬、镀、涂在需要被保护的金属物件的表面，从而使之形成一层隔离保护层，或者将需要被保护的金属物件的表面进行特殊处理使之发生磷化、氧化反应，从而使被保护的金属物件表面与电解质溶液之间产生机械隔离而大大降低介质对其腐蚀速率。

3）改善金属的本质和腐蚀环境

通过在材料选型中使用新型合金等多种耐腐蚀性强的材料或通过锻造等工艺有效的改善金属材料本身性质从而来达到防腐蚀目的。通过在材料中加入一定量的金属缓蚀剂、运用特定的措施有效的减少腐蚀介质中氯离子的浓度，以及通过一定手段除去介质中的游离氧，控制改变腐蚀环境的温度、湿度等多种方法来改变腐蚀环境，从而有效的控制或减慢了金属在海水中的腐蚀速率。

根据以上保护方法再综合考虑项目建设经济性、实用性等条件以及目前潜水泵体常规使用材质，考虑本项目潜水泵防腐方案可选为：

铸铁+环氧涂层+锌阳极

不锈钢+锌阳极

• 效果分析

根据以上分析，本次主要考虑PH值和氯离子浓度对这两种防腐方案的影响。

1）PH值

（本表中的数值在20℃时有效。如果存在某种酸或碱，请查看CREST耐化学性表以获得更准确的信息）

铸铁可适应PH环境为5.5~14，不锈钢可适应PH环境为0~14。在铸铁外加环氧涂层即可解决PH值对铸铁的影响。

2）氯离子浓度

（蓝色区域：该材料具有完全耐腐蚀能力；橙色区域：如果用锌阳极对铸铁和碳钢进行保护，则材料是耐腐蚀的。建议将环氧涂层与锌阳极一起使用。锌阳极可在饱和状态下使用，但必须限制在最高60℃和5.5-11之间的ph值。）

根据相关研究表明铸铁和不锈钢可接受氯离子浓度范围为：

铸铁<=200ppm，不锈钢304<=200ppm，不锈钢316<=500ppm

而海水氯离子浓度大于18000PPM，因此在铸铁或不锈钢金属表面加锌阳极保护即可解决氯离子浓度影响，尽管锌阳极需要定期更换，但锌阳极价格便宜，安装维护方便，所以此方案更经济实用。

结束语

以上根据项目实例，分析了金属在海水中的腐蚀机理及防腐方法并最终确定了防腐方案，其他类似项目可根据自身实际情况综合考虑成本问题灵活选择。实施有效的防护海洋腐蚀的方法可以大大减少由于腐蚀而带来的经济损失，相信通过不断的研究与努力，我们一定可以取得海洋腐蚀防护的更大突破。

[1] 林国敦.《建材与装饰》. 天津科学技术出版社有限公司. 2014

[2] 陈克忠.《金属表面防腐蚀工艺》.化学工业出版社