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地表水源热泵源水侧换热器腐蚀成因分析及控制方法

作　者: 龙洋
导　师: 刘作华
学　校: 重庆大学
专　业: 化学
关键词: 水质垢层腐蚀钝化
分类号: TG174
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

我国正处于经济快速发展时期,对能源的需求及消耗更是逐年递增。地表水源热泵作为一种回收和利用低位热能的有效手段之一,可以在夏季制冷冬季制热,具有明显的环保效益、社会效益和经济效益。重庆地区水资源丰富,流经重庆主要河流有长江和嘉陵江。利用江水做水源热泵水源必须解决江水水质会腐蚀、磨损和堵塞热泵机组的换热器,同时降低换热效率的问题。其次江水在换热器内流动换热过程中泥沙会沉淀和附着,形成垢层。铜材因其优异的导电导热性能在换热器中得到广泛应用,通常情况下铜耐蚀性好,但在含氧的水及含有腐蚀性离子的溶液中可形成配位离子,产生较严重的腐蚀。为解决铜的腐蚀问题,采用钝化方式抑制铜及合金的腐蚀是十分经济有效的办法。本文在分析地表水源热泵换热器铜管表面垢层成分、水质质量基础上,以换热器铜材（紫铜）为对象,研究了在江水水质环境下,腐蚀性因素对铜材的腐蚀机理。提出了向常规缓蚀剂BTA中加入硫酸铜、硫酸羟铵和离子液体在铜材表面形成钝化膜的钝化方法,并研究了钝化膜防腐蚀的特性。本文的主要结论是:1.通过近两年的江水水质监测,分析其中pH值、氯离子、硫酸根离子、钙镁离子、氨氮、亚铁离子的含量。发现不同地段、不同月份的江水水质都比较稳定,江水水质年平均pH为7⁸,氯离子含量小于20 mg/L,硫酸根离子含量小于100 mg/L,二价铁离子小于0.5 mg/L,氨氮小于3 mg/L,电导率小于0.5μs/cm。除钙镁总硬度有超出允许值200mg/L的情况外,各项指标均能达到水源热泵源水的水质要求。2.通过XRD对换热器上垢层物相分析得知,主要成分是硅酸盐、钙盐、镁盐。江水的流动性大,泥沙在取水过程中易进入系统循环沉积,因此实际运行中需注意取水位置及泥沙的去除。3.电化学测试表明水质中pH值、腐蚀性离子、水温等对无钝化膜铜材料的腐蚀速率均产生影响。江水中铜电极的在酸性（pH6.5）和高温（40℃）下,自腐蚀电位负移,腐蚀电流密度增大,腐蚀速率增大。各地段水质对电极产生腐蚀作用,但没有明显的区域差异。4.电化学方法分析钝化膜的性能, BTA在硫酸铜和硫酸羟铵的协同作用下,能够在铜电极表面形成较完整的钝化膜,使得自腐蚀电位正移,腐蚀电流密度降低,有效地减缓腐蚀速度;而离子液体（[Bmim]BF₄）的加入,使得复配物稳定性差,抑制腐蚀的效果不明显。

地表水源热泵源水侧换热器腐蚀成因分析及控制方法

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