传质过程影响下换热器缝隙腐蚀的研究

发布时间：2020-08-25 03:23

【摘要】：在炼油、化工、食品、制药等行业中,换热器是广泛使用的热交换设备。在石油化工领域,换热器服役过程中不可避免的会遇到腐蚀环境,在多种腐蚀形式中,缝隙腐蚀对于换热器的腐蚀是最为严重的,通常换热器被腐蚀的时候,在换热管与管板之间以及焊缝、换热管与折流板之间的缝隙腐蚀情况最为明显。导致换热器管程流体和壳程流体混合,轻则产品质量降低或无法正常使用,重则发生着火、爆炸等威胁人生安全,设备停运等。因此,深入对换热器管子、管板和焊缝处特殊位置的缝隙腐蚀研究很有价值。利用Comsol有限元软件对换热管材料OCr1 8NilOTi奥氏体不锈钢在50°C,3.5%的NaCl溶液中缝隙腐蚀行为进行仿真模拟研究。物质传递模块中,利用Nernst-Plank方程控制体系质量守恒,Nernst-Einstein方程控制物质迁移,并考虑电中性条件,6个电化学反应和6个水解反应等;缝隙的电极变形通过二次腐蚀模块与变形几何模块耦合,并选择合适的边界条件。模拟并计算了随时间变化的电极变形情况,界面电势和局部电流密度,缝隙三个不同位置的氯离子浓度。实验建立了模拟缝隙腐蚀环境的人工矩形缝隙实验装置。实验采用浸泡实验法研究了缝隙漏点处及缝隙内不同位置在98h内的缝隙腐蚀行为。结果表明:随着腐蚀时间的增加,缝隙内电极电位逐渐减小,Cl-浓度逐渐增大,pH值逐渐减小;缝底位置Cl-浓度变化最明显,其浓度值也最大,酸性也越强;缝口尺寸较小时,缝隙内的电极电位更负,Cl-浓度变化幅度越大,酸性程度也越高。通过数值模拟和实验的方法研究了宏观传质过程下换热器缝隙腐蚀行为,为解决炼厂循环冷却水系统中异种材料组合结构的缝隙腐蚀提供了理论基础,也可为奥氏体不锈钢的点蚀、缝隙腐蚀缝口堆积物引起的变形等问题提供参考。
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.5

【参考文献】

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本文编号：2803199