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锅炉炉管管材在含SO_4~(2-)和Cl~-介质中的腐蚀研究

作　者: 熊书华
导　师: 朱志平
学　校: 长沙理工大学
专　业: 应用化学
关键词: 电站锅炉 炉管 Cl~- SO42- 点蚀
分类号: TK228
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着机组参数的提高,对锅炉给水品质的要求也越严格。如果给水中杂质离子含量超过允许浓度,将加速炉管的结垢和腐蚀,严重时将导致爆管。本文重点研究了Cl-和SO42-对水冷壁管的点蚀特性,并分析了其腐蚀机理,不仅为制定电站锅炉炉水中Cl-和SO42-的控制标准提供理论依据,确保电厂的安全经济运行;也为水冷壁管在含Cl-和SO42-炉水中的腐蚀特征与防护技术研究奠定了理论基础。本文针对水冷壁管材20G、15CrMoG和12Cr1MoVG,通过常温电化学实验和高温挂片实验,在含Cl-和SO42-的模拟低磷酸盐-低氢氧化钠水工况溶液中,对三种管材的常温性能和高温腐蚀特性进行分析,用透反射金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）对试片表面形态和组分进行表征与分析,并对Cl-和SO42-促进或减缓点蚀的机理进行了初步探讨。得出的主要结论如下:（1）常温下,Cl-促进未钝化的20G、15CrMoG和12Cr1MoVG电极及其钝化电极的溶解。SO42-对未钝化20G电极及其钝化电极的腐蚀有促进作用,但会提高未钝化的15CrMoG和12Cr1MoVG电极及其钝化电极的耐蚀性能。Cl-/SO42-提高未钝化的20G试片及其钝化试片的耐蚀性,降低了未钝化的15CrMoG和12Cr1MoVG试片及其钝化试片的耐蚀性。（2）高温下条件下,Cl-对未钝化的20G、15CrMoG和12Cr1MoVG及其钝化试片的侵蚀性严重,促进材料的溶解,加速材料的点蚀。在实际运行中应分别控制Cl-浓度低于0.2 mg·L-1、0.2 mg·L-1和0.6 mg·L-1。而对于钝化试片,则应分别控制Cl-浓度低于0.2 mg·L-1、0.4 mg·L-1和0.6 mg·L-1。（3）高温条件下,SO42-为侵蚀性离子,会促进未钝化的20G、15CrMoG和12Cr1MoVG试片及其钝化试片溶解,加速材料的点蚀。在实际运行中,应分别控制溶液中SO42-的浓度为0.2 mg·L-1,0.6 mg·L-1和1 mg·L-1。对于钝化试片,则应分别控制溶液中的SO42浓度为0.6 mg·L-1,1 mg·L-1和1 mg·L-1。（4）在高温环境中,随着溶液中Cl-/SO42-的增大,未钝化的20G和15CrMoG及其钝化试片的增重速率升高,高温腐蚀速率降低。而对于未钝化的12Cr1MoVG试片及钝化试片,其增重速率升高,高温腐蚀速率先降低后升高。（5）常温条件下Cl-促进点蚀的机理是Cl-与OH-在金属表面发生竞争吸附,形成复合中间体,促进钝化膜的快速溶解。而且SO42-和Cl-在材料表面存在竞争吸附,当Cl-/SO42-较小时,溶液中SO42-的含量较高,使得电极表面有效吸附的Cl-浓度降低,15CrMoG和12Cr1MoVG的耐蚀性增加,而对于20G而言,则是试片表面总的侵蚀性离子含量(Cl-+SO42-)增大,试片的侵蚀程度增大。高温条件下Cl-促进点蚀的机理是由于Cl-促进Fe2+水解,生成疏松无保护性的Fe3O4,H+浓度增加,局部酸化,点蚀加剧。高温SO42-促进点蚀的机理为局部酸化理论,与Cl-点蚀机理相似。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章 绪论  12-23
  1.1 电站锅炉发展概况及其水冷壁管常用材质  12-13
    1.1.1 电站锅炉发展概况  12
    1.1.2 锅炉水冷壁管常用材料  12-13
  1.2 电站锅炉水冷壁管的腐蚀及水工况发展概况  13-16
    1.2.1 水冷壁管的腐蚀问题  13-15
    1.2.2 电站锅炉水工况发展概况  15-16
  1.3 电站锅炉炉水中Cl~-、SO_4~(2-)的来源  16-18
    1.3.1 外部化学药品的带入  16
    1.3.2 凝汽器泄露  16-17
    1.3.3 混床漏出  17
    1.3.4 树脂高温分解  17
    1.3.5 补充水系统故障  17-18
  1.4 国内外研究现状  18-21
    1.4.1 Cl~-对金属腐蚀特性的研究  18-20
    1.4.2 SO_4~(2-)对金属腐蚀特性的研究  20-21
  1.5 本文研究目的和内容  21-23
    1.5.1 本文的研究目的和意义  21-22
    1.5.2 本文的研究内容  22-23
第二章 实验  23-27
  2.1 实验药品及仪器设备  23-24
  2.2 实验材料  24
  2.3 试样的制备  24
  2.4 实验方法  24-27
    2.4.1 溶液的配制  24-25
    2.4.2 试片的预处理  25
    2.4.3 试片的钝化  25
    2.4.4 常温电化学实验  25
    2.4.5 高温静态挂片实验  25-27
第三章 Cl~-对锅炉水冷壁管材的点蚀特性  27-46
  3.1 Cl~-对常温电化学性能的影响  27-30
    3.1.1 Cl~-对未钝化电极的常温电化学性能影响  27-28
    3.1.2 Cl~-对预钝化电极的常温电化学性能影响  28-30
  3.2 Cl~-对高温腐蚀性能的影响  30-38
    3.2.1 未钝化试片高温腐蚀性能变化  30-33
    3.2.2 预钝化试片高温腐蚀性能变化  33-38
  3.3 表征和分析  38-43
    3.3.1 透反射金相显微镜图谱  38-42
    3.3.2 SEM 和XRD  42-43
  3.4 机理分析  43-45
  3.5 小结  45-46
第四章 SO_4~(2-)对锅炉水冷壁管材的点蚀特性  46-63
  4.1 SO_4~(2-)对20G 性能的影响  46-50
    4.1.1 常温电化学性能的变化  46-47
    4.1.2 高温腐蚀性能的变化  47-49
    4.1.3 透反射金相显微镜图谱  49-50
  4.2 SO_4~(2-)对15CrMoG 性能的影响  50-55
    4.2.1 SO_4~(2-)对Icorr、Ecorr 和Rp 的影响  50-51
    4.2.2 SO_4~(2-)对ω和ν的影响  51-53
    4.2.3 SO_4~(2-)影响下透反射金相显微镜图的变化  53-55
  4.3 SO_4~(2-)对12C11MoVG 性能的影响  55-59
    4.3.1 SO_4~(2-)对Icorr、Ecorr 和Rp 的影响  55
    4.3.2 SO_4~(2-)对12C11MoVG 的ω和ν影响  55-57
    4.3.3 SO_4~(2-)影响下透反射金相显微镜图的变化  57-59
  4.4 SEM 和XRD  59-60
  4.5 机理分析  60-62
  4.6 小结  62-63
第五章 Cl~-/SO_4~(2-)对锅炉水冷壁管材的点蚀特性  63-74
  5.1 Cl~-/SO_4~(2-)对未钝化试片的影响  63-67
    5.1.1 未钝化试片的电化学性能变化  63-64
    5.1.2 未钝化的三种试片的高温性能变化  64-67
  5.2 Cl~-/SO_4~(2-)对钝化试片的影响  67-70
    5.2.1 钝化的三种试片的Icorr、Ecorr 和Rp 变化  67-68
    5.2.2 钝化的三种试片的ω和ν的变化  68-70
  5.3 表征和分析  70-72
    5.3.1 Cl~-/SO_4~(2-)对试片透反射金相显微镜图谱的影响  70-71
    5.3.2 SEM 和XRD  71-72
  5.4 机理分析  72-73
  5.5 小结  73-74
结论与展望  74-76
参考文献  76-82
致谢  82-83
附录A （作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文）  83-84
摘要  84-87
ABSTRACT  87-90

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 蒸汽动力工程 > 蒸汽锅炉 > 检修、维护
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