碳钢在海水淡化一级反渗透产水中腐蚀机理及防腐方法研究

发布时间：2020-04-19 06:55

【摘要】：反渗透(RO)作为海水淡化的重要技术手段,已广泛应用于我过滨海电厂等高耗水大型企业。然而,海水淡化一级RO产水对碳钢具有强腐蚀性,严重危害着用水单位配水管网的安全运行。因此,研究碳钢在该介质中的腐蚀机理,寻求经济、高效、环保的缓蚀方法,解决实际腐蚀问题,具有重要研究价值。本文针对海水及一级RO产水对碳钢的腐蚀差异,采用失重法及表面分析技术,研究了碳钢腐蚀与锈层特性的关系；利用电化学方法,研究了一级RO产水中碳钢锈层的电化学性能,进而揭示了碳钢在一级RO产水中的腐蚀机理,并建立了腐蚀模型；根据腐蚀机理,提出了防腐策略,研究了一种经济、高效、环保的缓蚀剂配方,并表征了其缓蚀机理；以浙能乐清电厂为例,对缓蚀方法进行了工程应用评估,提出了可供电厂直接采用的完善防腐方案。此外,本文还对相关研究推论进行了验证,使得研究成果具有了更广泛适用性。本文主要研究结论如下： (1)揭示了碳钢在海水淡化一级RO产水中的腐蚀机理。一级RO产水呈弱酸性,有利于初始腐蚀产物γ-FeOOH的还原,导致Fe3O4在外锈层/金属之间快速生成；碳钢表面将形成薄外层(γ-FeOOH层)及厚内层(Fe3O4层)的双层锈层。外锈层因γ-FeOOH还原可促进阴极反应；内锈层起大阴极作用,氧可直接在其表面还原。因此,一级RO产水中碳钢腐蚀过程将会被大幅加速,其腐蚀速率最终由溶液至内锈层之间的氧极限扩散速率所决定,可持续稳定在高位。 (2)论证了本文提出的碳钢腐蚀机理的适用性。碳钢在不同浓度稀NaCl模拟液中具有与一级RO产水中类似的腐蚀行为,证明该腐蚀模型可适用于不同含盐量的一级RO产水。γ-FeOOH还原性能直接与溶液pH相关,溶液pH值又与碱度有密切联系。同时,3%NaCl溶液中碳钢腐蚀行为研究表明,锈层也能促进腐蚀,低碱度溶液含盐量对锈层性能无根本性改变。故在因碱度低、易溶入C02而呈弱酸性的溶液中,碳钢锈层均可能由于γ-FeOOH还原而起腐蚀促进作用。该结论能够用于指导海水蒸馏法产水等介质中碳钢的防腐工作。 (3)研制了一种具有显著缓蚀效率及良好经济性的绿色复配缓蚀剂,并解释了其缓蚀机理。该复配缓蚀剂由六偏磷酸钠及硫酸锌以质量比1：1组成,对无锈碳钢的加药量为6mg/L,缓蚀率在95%以上,水处理费仅为0.034元/吨。对表面有锈层碳钢的较优加药量为12mg/L,缓蚀率约为70%。该复配缓蚀剂能够在锈层表面成膜,使其变得致密,通过阻碍氧扩散等过程而抑制锈层下碳钢的腐蚀。
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P747;TG174

【参考文献】