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闭式冷却水系统腐蚀防护研究

作　者: 韩玉刚
导　师: 蒯琳萍；高明华
学　校: 上海交通大学
专　业: 核能与核技术工程
关键词: 闭式水系统缓蚀剂亚硝酸盐
分类号: TL35
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

电厂闭式冷却水系统中有各种热交换器、管道、阀门等。由于热交换器腐蚀穿孔和泄漏造成的经济损失很大,因此需要对闭式冷却水系统的腐蚀问题予以重视。秦山第二核电厂闭式冷却水系统原采用添加磷酸盐缓蚀剂来降低系统的腐蚀速率,设计规范要求磷酸盐浓度控制在100～500mg/L,pH值控制在11.0～11.5,铁离子含量要求<1.0mg/L。这种抑制系统腐蚀的方案是通过磷酸三钠的碱性使系统维持在高pH条件下运行,通过系统的溶解氧而使钢铁自然钝化,在材料的表面形成完整的保护膜,从而起到减轻腐蚀的作用,但由于生成氧化膜所需时间较长,在氧化膜的间隙处电化学腐蚀还会继续进行,所以腐蚀速率不能满足规范要求,运行中分析监测就显示出缓蚀效果不好,系统的总铁量增加,系统水中铁离子含量在一个月内就会超过技术规范限值(Fe<1mg/L)。为解决目前秦山第二核电厂闭式冷却水存在的腐蚀问题,通过对其他电厂的调研,本文提出用具有氧化性的亚硝酸盐缓蚀剂(代号N8338)替换目前使用的磷酸盐缓蚀剂,亚硝酸盐缓蚀剂通过在金属表面生成致密的γ-Fe2O3钝化膜来抑制金属的腐蚀。本文采用几种常用的腐蚀测定方法如静态挂片失重法、电化学极化曲线和电镜扫描对材料进行了试验研究,进一步确认亚硝酸盐缓蚀剂的缓蚀性能以及与秦山二核闭式水系统中各种材料的相容性,从而为系统缓蚀剂更换提供了依据,最后研究的主要结论如下:(1)缓蚀剂N8338对TUE250碳钢、奥氏体球墨铸铁、铬镍钼马氏体不锈钢和钛材均有缓蚀作用,对TUE250碳钢缓蚀作用尤为明显。(2)缓蚀剂N8338能够有效抑制TUE250碳钢的腐蚀,静态挂片实验证明N8338的浓度在200~900mg/L之间,其缓蚀率大于95.0%;极化曲线测试结果表明,N8338对TUE250碳钢的缓蚀作用机理为抑制阳极腐蚀为主导作用。(3)缓蚀剂N8338能够抑制铬镍钼马氏体不锈钢、钛材和奥氏体球墨铸铁三种材料的腐蚀。在缓蚀剂N8338浓度为700mg/L的去离子水腐蚀介质中添加F-、SO42-、Cl-杂质离子,在所研究的杂质离子浓度范围内对四种材料的腐蚀没有明显的影响。由于秦山二核闭式水系统管道采用的是TEU250碳钢,其总量占据闭式水系统材料95%以上,因此对管道的防腐是试验的重点内容,根据试验结论,N8338缓蚀剂对TUE250碳钢的缓蚀作用非常明显,因此用N8338缓蚀剂来替换目前的磷酸盐缓蚀剂是可行的。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-24
  1.1 研究背景与目的  9-11
    1.1.1 闭式水系统功能  9
    1.1.2 目前国内外闭式冷却水系统的现状  9-10
    1.1.3 秦山第二核电厂闭式水系统目前存在的问题  10-11
  1.2 冷却水中金属腐蚀的形态  11-15
    1.2.1 均匀腐蚀  12
    1.2.2 电偶腐蚀  12
    1.2.3 缝隙腐蚀  12-13
    1.2.4 孔蚀  13-14
    1.2.5 磨损腐蚀  14-15
    1.2.6 应力腐蚀破裂  15
  1.3 冷却水系统金属腐蚀的影响因素  15-19
    1.3.1 pH 值对材料腐蚀的影响  15
    1.3.2 硬度对材料腐蚀的影响  15-16
    1.3.3 阴离子对材料腐蚀的影响  16
    1.3.4 氧对材料腐蚀的影响  16
    1.3.5 二氧化碳对材料腐蚀的影响  16-17
    1.3.6 悬浮物和沉积物对材料腐蚀的影响  17
    1.3.7 流速对材料腐蚀的影响  17-18
    1.3.8 温度对材料腐蚀的影响  18
    1.3.9 热负荷对材料腐蚀的影响  18-19
  1.4 缓蚀剂的分类及常用缓蚀剂介绍  19-24
    1.4.1 缓蚀剂的分类  19-20
      1.4.1.1 氧化膜型缓蚀剂  19
      1.4.1.2 沉淀膜型缓蚀剂  19-20
      1.4.1.3 吸附膜型缓蚀剂  20
    1.4.2 缓蚀剂的作用机理  20-21
      1.4.2.1 阳极型缓蚀剂的作用机理  20-21
      1.4.2.2 阴极型缓蚀剂的作用机理  21
      1.4.2.3 吸附膜型缓蚀剂的作用机理  21
    1.4.3 常用冷却水缓蚀剂介绍  21-24
      1.4.3.1 铬酸盐  22
      1.4.3.2 亚硝酸盐  22-23
      1.4.3.3 磷酸盐  23
      1.4.3.4 钼酸盐  23-24
第二章闭式冷却水系统腐蚀研究  24-47
  2.1 实验材料与方法  24-27
    2.1.1 试剂  24
    2.1.2 实验材料  24-25
    2.1.3 静态挂片失重法  25-26
    2.1.4 极化曲线法  26
    2.1.5 表面分析法  26-27
  2.2 缓蚀剂缓蚀性能实验  27-47
    2.2.1 TUE250 碳钢  27-30
      2.2.1.1 静态挂片实验  27-28
      2.2.1.2 电化学曲线  28-29
      2.2.1.3 TUE250 碳钢的表面状态  29-30
    2.2.2 奥氏体球墨铸铁  30-34
      2.2.2.1 静态挂片实验  30-31
      2.2.2.2 电化学评价  31-33
      2.2.2.3 奥氏体球墨铸铁的表面状态  33-34
    2.2.3 铬镍钼马氏体不锈钢  34-36
      2.2.3.1 静态挂片实验  34
      2.2.3.2 电化学评价  34-36
      2.2.3.3 铬镍钼马氏体不锈钢的表面状态  36
    2.2.4 钛材  36-40
      2.2.4.1 静态挂片实验  37-38
      2.2.4.2 电化学评价  38-39
      2.2.4.3 钛材的表面状态  39-40
    2.2.5 杂质离子对缓蚀性能的影响  40-44
      2.2.5.1 杂质离子对TUE250 碳钢腐蚀的影响  40-42
      2.2.5.2 杂质离子对奥氏体球墨铸铁腐蚀的影响  42
      2.2.5.3 杂质离子对铬镍钼马氏体不锈钢腐蚀的影响  42-43
      2.2.5.4 杂质离子对钛材腐蚀的影响  43-44
    2.2.6 系统运行评价  44-47
第三章全文总结  47-48
  3.1 主要结论  47
  3.2 研究展望  47-48
参考文献  48-49
致谢  49-50
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  50-52

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