地源熱泵系統(tǒng)中銅鎳合金和不銹鋼耐腐蝕性研究.pdf

1、地源熱泵由于具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點,在我國得到推廣應(yīng)用。地源熱泵分為土壤源熱泵和地下水源熱泵兩種。地下水源熱泵直接提取地表水或地下水進行熱量傳遞,受水質(zhì)、水位影響較大。而土壤源熱泵采用閉式系統(tǒng),在深埋于地下的封閉塑料管內(nèi)注入循環(huán)介質(zhì),通過換熱器與土壤交換能量。熱泵系統(tǒng)中金屬腐蝕與防護問題成為濱海區(qū)地源熱泵能否持續(xù)、穩(wěn)定、高效運行的關(guān)鍵。大多數(shù)研究集中于工業(yè)循環(huán)水對金屬腐蝕的影響,而針對地源熱泵系統(tǒng)相關(guān)的腐蝕研究較少。本文采用地源熱泵

2、換熱系統(tǒng)常用的兩種耐蝕合金材料:B30銅鎳合金和316L不銹鋼。通過分別向水溶液中添加NaCl、Na2SO4、NaHCO3來模擬濱海區(qū)的地下咸水,采用電化學(xué)測試的方法探究不同陰離子之間的協(xié)同作用對上述兩種合金的腐蝕影響;并通過添加緩蝕劑、植酸自組裝膜等腐蝕防護方法提高兩種合金的耐蝕性。以便根據(jù)地下水成分和濃度的不同,選擇該環(huán)境下耐蝕的合金和防護方法。
　　(1)地下水陰離子對兩種金屬腐蝕試驗
　　本文以Cl-為中心,通過復(fù)配

3、SO42-、HCO3-來測試地下水不同陰離子的協(xié)同作用對B30銅鎳合金與316L不銹鋼腐蝕的影響。結(jié)果表明:隨著Cl-濃度的增大,B30銅鎳合金與316L不銹鋼的膜電阻均降低,自腐蝕電流密度增大,耐腐蝕性下降。低濃度的SO42-抑制了Cl-對B30銅鎳合金表面膜的破壞,增強其耐蝕性,高濃度的SO42-反而對B30銅鎳合金表面膜有破壞作用;而316L不銹鋼的規(guī)律恰好相反。HCO3-濃度的增大促進 Cl-對 B30銅鎳合金表面膜的破壞;低濃

4、度的HCO3-抑制了Cl-對316L不銹鋼鈍化膜的破壞,而HCO3-濃度大于1g/L時其濃度的增大對316L不銹鋼鈍化膜有破壞作用。三種陰離子共存時兩種金屬的腐蝕均加劇。
　　(2)緩蝕劑試驗
　　B30銅鎳合金傳熱效率高,常使用于地源熱泵系統(tǒng)的換熱管或換熱板。對于閉式熱泵系統(tǒng)可以采用向循環(huán)介質(zhì)中添加緩蝕劑的方法來抑制 B30銅鎳合金腐蝕。由于緩蝕劑可以吸附于金屬表面形成保護膜將金屬基體與循環(huán)介質(zhì)和氧氣隔離,因此隨著緩蝕劑苯

5、并三氮唑(BTA)濃度的增大,緩蝕率先增大而后達到穩(wěn)定,此時緩蝕劑分子已完全覆蓋金屬表面。當(dāng)加入防凍液乙二醇后,BTA緩蝕劑與乙二醇的協(xié)同作用使緩蝕率進一步提高。經(jīng)BTA復(fù)配研究表明,采用復(fù)合緩蝕劑,利用不同緩蝕劑之間的協(xié)同作用可以有效抑制B30銅鎳合金的腐蝕。
　　(3)植酸自組裝膜試驗
　　在地下水源熱泵系統(tǒng)中如采用添加緩蝕劑的方法來抑制金屬腐蝕,不但會大大加重經(jīng)濟成本,而且出水會污染環(huán)境。因此,有必要采用自組裝膜的方法

6、在金屬表面形成一層保護膜。本文系統(tǒng)研究了自組裝膜緩蝕率隨植酸濃度、自組裝時間和鉬酸鹽添加量的變化規(guī)律。研究表明,B30銅鎳合金與316L不銹鋼的自組裝膜緩蝕率均隨植酸濃度和自組裝時間的增大先升高后降低。向植酸自組裝液中添加鉬酸鈉后緩蝕率得到進一步提高,得到鉬酸鈉最佳添加量:對 B30銅鎳合金而言,最佳添加量為50mg/L;而316L不銹鋼最佳添加量為100mg/L。
　　(4)濱海區(qū)地源熱泵的腐蝕防護
　　對于土壤源熱泵閉式