再生水水质对两种材质的不锈钢供热管网的腐蚀影响研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liqiang20010
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太原市作为我国能源和重工业基地之一,水资源紧缺的问题已经严重制约了其经济的高速发展,再生水的利用显得尤为重要。将再生水安全稳定地输送给需水用户就涉及到了配套管网的铺设问题,新建再生水输配管网耗时长且成本高,短时间内再生水的利用将受到制约。太原市的供热管网每年采暖期约为5个月,其余时间均处于闲置状态,配套成熟的供热管网在闲置期可被用来输配再生水,但必须保证输配过程中对供热管网没有任何损害性的影响。太原市现有供热管网大多采用碳钢及不锈钢材质,碳钢长期输配高温的供热介质后易被腐蚀,而不锈钢作为耐腐蚀性更强的管材,更适合承担再生水的输配任务。不锈钢供热管网输配再生水虽具备理论上的可行性,但输配过程中再生水水质对于不锈钢管道的腐蚀影响研究迫在眉睫。本文选择了再生水中影响腐蚀的五种重要的水质因子(氯离子、硫酸根、碱度、硬度和p H),利用电化学法和重量法两种方法考察了不同浓度水质因子的模拟溶液和再生水原水对304和316L两种不锈钢材质的耐腐蚀性的影响,同时还通过SEM等分析表征手段探究其腐蚀影响规律和作用机理,得到的结果与结论如下:1、通过电化学法,结果表明:(1)在氯离子浓度25-400 mg/L的范围内,氯离子明显促进了两种不锈钢的腐蚀,若将其浓度从200 mg/L控制到25 mg/L以下时,腐蚀性会被大大削弱;(2)氯离子存在的条件下,硫酸根离子和碳酸氢根离子均会对氯离子的腐蚀产生一定的影响,随着离子浓度的升高,硫酸根离子对两种不锈钢的腐蚀影响存在临界浓度值150 mg/L,低于此临界浓度值时呈促进作用,反之呈抑制作用,而碳酸氢根离子对腐蚀的影响与材质有关,浓度低于150 mg/L时对304不锈钢呈抑制作用,反之呈促进作用,而对316L则一直呈促进作用;(3)氯离子存在的条件下,单独存在的钙离子对氯离子的腐蚀几乎没有影响,当等浓度的碳酸氢根离子共存时会形成碳酸钙沉淀,沉淀量会对腐蚀造成影响,其影响同样存在临界浓度值,304不锈钢是150 mg/L,316L是200 mg/L,低于临界浓度值呈抑制作用,反之呈促进作用;(4)两种不锈钢在只含氯离子的弱酸性模拟溶液中的耐腐蚀性明显比在中性和弱碱性环境下的差,而弱碱性环境对316L不锈钢的腐蚀存在明显的抑制作用;(5)再生水原水的腐蚀性没有模拟溶液的腐蚀性强。上述结果的出现是因为高浓度的氯离子能够一定程度地聚集在不锈钢的钝化膜某一脆弱点上,氯离子侵入后引发一系列电化学反应,导致局部腐蚀的蔓延,从而形成点蚀坑,点蚀坑周围形成的凸起是反应物的沉积,但当氯离子的浓度被控制在一定范围内,水中氯离子便无法在某一点达到充分聚集,从而达到缓蚀的效果,其他水质因子通过竞争性抑制或者与金属离子反应生成相应腐蚀产物等方式影响氯离子的侵蚀过程,从而对不锈钢腐蚀起到一定作用。2、通过重量法,结果表明:(1)两种不锈钢在模拟溶液中的腐蚀速率在前40天的各时间段内基本稳定在较低水平,但存在一定的上升趋势,在50天这一时间段内呈现显著的上升,60天这一时间段内出现一定幅度的缩小,这说明氯离子腐蚀过程随时间变化存在一定规律性;(2)不同再生水水质因子对腐蚀的影响规律几乎与电化学法下的一致,但也出现了一定误差范围内的差异,例如重量法下150 mg/L的碳酸氢根离子对304的腐蚀呈抑制作用,而电化学法下呈促进作用;随着碳酸钙沉淀量的上升,重量法下两种不锈钢的腐蚀速率均下降,而电化学法下两种不锈钢的腐蚀先被抑制再被促进,这些结论差异的出现与重量法本身实验误差及实验条件设置密不可分;(3)两种不锈钢在再生水原水中的动态浸泡实验下的腐蚀速率明显大于比模拟溶液中的静态浸泡实验下的腐蚀速率,这是由于动态实验中再生水的冲刷作用,及时清理了不锈钢表面生成的腐蚀产物,使得侵蚀性离子到达不锈钢表面的过程更加容易。3、通过对比同种实验条件下304和316L两种不锈钢的腐蚀行为,结果表明:(1)在电化学法的大多数情况下,316L不锈钢的自腐蚀电位比304的正,腐蚀电流密度小,电荷转移电阻大;(2)在重量法的大多数情况下,同时间段内的316L不锈钢的腐蚀速率低于304的腐蚀速率;(3)在宏观和微观两种角度下,316L不锈钢表面形成的点蚀坑的范围明显更小。上述对比均证明了316L不锈钢的耐腐蚀性更强,比304不锈钢更适合作为供热管网管材来输配再生水。
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