换热器中铜管的点蚀机理及影响因素研究

发布时间：2020-05-09 11:34

【摘要】：机车换热器是内燃机车正常运行的关键设备。机车换热器的腐蚀与污垢沉积会严重降低热换热效率,导致换热器内管道失效甚至停机、造成运行成本的增加。构成机车换热器的材质主要是铜及其合金,铜及其合金的腐蚀可归结为均匀腐蚀、点蚀、侵蚀和大气腐蚀。预防铜及其合金腐蚀的缓蚀剂主要以硼砂、亚硝酸钠、硅酸钠和苯丙三氮唑复配而成,但在实际使用过程中,机车换热器中的黄铜管易发生点蚀现象。本文选取黄铜扁管、黄铜镀锡扁管、T2铜片和T2铜管为研究对象,建立硼砂、亚硝酸钠、硅酸钠和苯丙三氮唑的不同配比以及温度为变量的正交表,采用挂片增重、失重、SEM和EDS研究机车换热器中铜管的点蚀机理及影响因素。其结果如下:T2铜试片的腐蚀程度由大到小的影响是:温度硼砂硅酸钠苯并三氮唑硅酸钠;T2铜管试件的腐蚀程度由大到小的影响是:温度硼砂硅酸钠亚硝酸钠苯并三氮唑;对黄铜管试件的腐蚀程度由大到小的影响是:温度亚硝酸钠硅酸钠苯并三氮唑硼砂;对黄铜镀锡扁管试件的腐蚀程度由大到小的影响是:温度硼砂硅酸钠亚硝酸钠苯并三氮唑。SEM结果表明造成T2铜管和黄铜扁管点蚀的主要原因是铜表面上氧化亚铜保护薄膜的局部破裂。致使坑底的铜作为阳极和表面的氧化亚铜薄膜作为阴极形成电偶,使得铜在坑中溶解发生点蚀,而氧化膜的破裂与过量的含碳残渣以及污垢(异物)在表面的沉积、机械攻击造成、材料自身的缺陷所致有关。在相同时长的挂片腐蚀试验中,T2铜片几乎没有腐蚀,T2铜管的腐蚀为点蚀初期阶段,而黄铜扁管的腐蚀为点蚀向均匀腐蚀过渡阶段,黄铜镀锡扁管为均匀腐蚀阶段。EDS结果表明未腐蚀的铜表面上的元素为氧和铜(即氧化亚铜),点蚀表面上的元素为氧、碳、铜及硅(碱式碳酸铜及二氧化硅的混合物);未腐蚀的黄铜表面上的元素为氧、锌和铜(即氧化亚铜及金属锌),点蚀表面上的元素为氧、碳、铜、铁、锌及硅(碱式碳酸铜、二氧化硅、氧化铁的混合物)发生被腐蚀的试片碳元素含量是降低的。根据实验结果总结了针对黄铜扁管、黄铜镀锡扁管、T2铜片和T2铜管的复配缓蚀剂(硼砂、亚硝酸钠、硅酸钠和苯丙三氮唑)的最佳配比,为实际应用提供了一定的指导。
【图文】：

图 1.1 T2 紫铜管腐蚀失效机理模型及其合金腐蚀国外研究现状其合金由于其高导热性而广泛用于冷却系统。另一方面，铜材料容易受到生物的腐蚀和结垢。在封闭的循环冷却系统中，铜腐蚀是不可避免的，但铜腐蚀取决于溶解的 O2和 CO2、pH 值、温度、微生物浓度、污染环境(S时)、溶液的组成、水流速度和电位差(不同的冶金)等，铜合金的腐蚀除了素有关外，还与合金中其它元素的含量有关[14-22]。u 等[23]研究了污染环境中(SO2和 H2S 存在时)铜的腐蚀，分析发生腐蚀的原腐蚀预测模型。研究结果表明：SO2环境中铜的腐蚀速率在腐蚀初期增加降；相比之下 H2S 环境中铜的腐蚀速率在腐蚀早期缓慢增加，然后在后期O2环境中的腐蚀产物由铜矿(Cu2O)和蓝晶石(Cu4(OH)6SO4)，而硫化氢环境是 Cu2O 和辉铜矿(Cu2S)。en 等学者[24]发现 SRB 粘附在铜表面上形成生物膜，，所产生的腐蚀产物主要成。硫化亚铜和 EPS 通过提供抗铜毒性的屏障有助于 SRB 在铜上的附着

2.1 铜材料（1）紫铜表现出优良的导电性和导热性，其抗氧化性能使其具有良好的防腐蚀性。图2.1描述了铜的热力学稳定性。该图是Cu-H2O体系对10-5 M可溶性铜的一个Pourbaix图[29]。该图表明，铜在低电位值下不受腐蚀，氧化亚铜（Cu2O，青铜）在很小的电位值范围内稳定；在与大气中 O2平衡的情况下，氧化铜（CuO，磷灰石）在碱性 pH 值下稳定。特别是在停滞状态下，这些固体通过阳极和阴极反应在表面形成保护膜，从而防止表面进一步发生侵蚀性腐蚀。在较低的 pH 值下，Cu2+稳定，此时铜被氧化而腐蚀。当铜腐蚀时
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK172

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李琪;;换热器腐蚀与防护的现状与展望分析[J];化工管理;2018年05期

2 林彤;汪文有;朱学松;;双脉冲技术在换热器管束检测中的应用[J];质量技术监督研究;2017年01期

3 张淑芝;;换热器管束开裂失效原因分析[J];炼油与化工;2012年05期

4 国德文;邢芳;刘晓凤;;螺旋折流板换热器管束及管板的结构设计[J];炼油与化工;2008年02期

5 马万顺;换热器管束使用中存在问题的探讨[J];石油化工设备技术;2004年04期

6 郑占良;换热器管束组装用穿管引导头的改进[J];石油机械;2001年11期

7 席莹;;第二届全国压力容器研讨会在沈召开[J];沈阳化工;1987年05期

8 樊德灵;管壳式换热器管束振动的计算机程序[J];石油化工设备;1988年05期

9 石华;大型固定管板式换热器管束制造工艺[J];压力容器;1988年02期

10 徐探宇,谢端绶;对《在固定式管板多程换热器中求管子由于热作用产生的管子轴向载荷值的设计步骤》一文的探讨[J];化工设备设计;1988年05期

相关会议论文 前10条

1 张雪峰;;换热器管束腐蚀减薄的准确检测方法[A];第十届中国钢铁年会暨第六届宝钢学术年会论文集II[C];2015年

2 周华盛;王亚;吕青灿;;U型换热器管束通用试压工装的研制[A];第十五次全国焊接学术会议论文集[C];2010年

3 王雪峰;;加氢换热器管束泄漏原因分析及对策[A];压力容器先进技术——第八届全国压力容器学术会议论文集[C];2013年

4 陈孙艺;;铜材换热器管束的制造技术[A];中国机械工程学会压力容器制造委员会2011年年会暨技术交流会论文集[C];2011年

5 林洪亚;;换热器管束失效分析与防范[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集（下）[C];2006年

6 张作鹏;周玲;;固定管板式换热器管束的组装[A];第五届全国换热器学术会议论文集[C];2015年

7 任红亮;吴力俊;;换热器管束的防腐蚀[A];全国第四届换热器学术会议论文集[C];2011年

8 杨志海;谭蔚;杜克铭;吴皓;;换热器管束附加质量系数的影响因素[A];第五届全国换热器学术会议论文集[C];2015年

9 邓林;孔建国;王一平;刘俊杰;朱丽;;液固循环流化床换热器管束的固含率[A];2006年石油和化工行业节能技术研讨会会议论文集[C];2006年

10 郭臻;王彬;郑小平;;管壳式换热器管束结构断裂原因分析及改进设计[A];第16届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅰ册）[C];2007年

相关博士学位论文 前5条

1 王坤宇;一种新型顺排错流换热器的流动与传热过程分析[D];山东大学;2018年

2 马永其;换热器固定管板有限元应力分析的进一步研究[D];北京化工大学;2000年

3 刘天丰;非对称管壳式换热器结构分析及改进中的问题研究[D];浙江大学;2005年

4 李静;新型异径布管夹持结构换热器的研究与开发[D];郑州大学;2006年

5 孙爱芳;导热复合材料紧凑型板壳式换热器关键技术研究[D];郑州大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 谢金鹏;换热器中铜管的点蚀机理及影响因素研究[D];兰州交通大学;2018年

2 罗元坤;扭转流换热器壳程流体流动和传热特性研究与优化[D];郑州大学;2018年

3 张鹏;基于CFD方法的非能动余热排出换热器数值分析[D];哈尔滨工程大学;2014年

4 任亚棚;污水源热泵系统污水换热器强化传热设计研究及对比分析[D];长安大学;2017年

5 刘胜利;旋转超声检测仪在管道与换热器管束检测中的应用研究[D];天津大学;2009年

6 王蕊;基于热流固耦合的换热器管束数值模拟分析[D];大连理工大学;2015年

7 冯博智;钛制管式换热器制造中的质量控制[D];华北电力大学;2017年

8 高克;套筒石灰窑换热器管束堵塞后快速检修技术研究[D];安徽理工大学;2016年

9 滕海洋;换热器管束失效分析方法与应用研究[D];东北石油大学;2012年

10 曹银春;含硫化氢MDEA溶液中换热器管束的腐蚀机理研究[D];南京工业大学;2004年

本文编号：2656078