铝管用于海水降膜蒸发器抗腐蚀实验系统研发

摘要

多效蒸发海水淡化技术是最早进入商业应用的海水淡化技术。在海水淡化产业高速发展的今天，低温多效蒸发海水淡化技术因其具有预处理要求低、耗电量小、可利用工业低品位预热等优点，占据着海水淡化市场的主流地位，但是初期投资过高的问题也一直制约着此技术的进一步发展。铝合金换热管与目前使用的铜合金换热管相比，在经济性及传热性能方面有很大优势，但铝合金换热管在海水中主要存在着腐蚀问题。因此，开展铝合金换热管在海水当中的腐蚀特性研究，对低温多效海水淡化技术有着重要而又深远的意义。
　　本文参照实际运行的低温多效蒸发海水淡化装置，设计搭建了横管降膜蒸发-腐蚀综合实验系统。以3FL铝合金换热管为实验对象，选取天然新鲜海水为实验流体的原材料。实验进行过程中，使用经过脱氧处理后的新鲜海水作为腐蚀介质，模拟低温多效海水淡化装置的实际运行工况，进行腐蚀实验。在实验进行过程中及实验结束后，通过宏观观察、微观检测等手段对铝合金换热管的腐蚀特性进行研究，确定了铝合金换热管在脱氧海水中的腐蚀类型及特点。
　　实验在蒸发压力19.94 kPa、蒸发温度60℃、海水氧含量小于0.3 mg/L的条件下进行，实验总计进行150h。实验进行过程中，实时观测实验管的宏观形貌，实验结束后，观察实验管表面腐蚀情况，统计实验管表面孔蚀数量和孔蚀深度。使用SEM扫描电子显微镜测试了铝合金实验管的微观形貌。
　　实验结果显示，脱氧环境下，铝合金换热管在横管降膜蒸发器运行过程中主要发生冲击冲蚀、点蚀和全面腐蚀。在冲击冲蚀和残余溶解氧两个因素的双重作用下，在实验进行到70小时左右时，实验管表面可以观察到明显的腐蚀现象，主要表现为实验管表面出现了一些黑色斑点，随着实验的进行，由于残余的溶解氧被消耗殆尽，以及腐蚀过程产生的反应物覆盖了铝管基体对铝管产生了一定的保护作用，使得实验管在实验后期的腐蚀速率逐渐变小。实验结束后，通过宏观观察、微观检测等手段，发现了喷淋侧表面的孔蚀数量要多于非喷淋侧，喷淋侧的孔蚀直径也要大于非喷淋侧。且由于冲击冲蚀的作用，实验管喷淋侧表面垢层会发生剥离，一部分铝基体裸露，与之相比，实验管底部覆盖有明显的垢层。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 海水淡化技术的研究背景

1．2 海水淡化技术概况

1．3 横管降膜蒸发技术

1．3．1 横管降膜蒸发技术原理

1．3．2 横管降膜蒸发技术发展现状

1．4 本课题的选题来源及意义

1．5 铝合金在海水中腐蚀的特点和主要影响因素

1．5．1 金属腐蚀的分类

1．5．2 铝合金在海水淡化装置中的腐蚀过程

1．6 给水除氧的意义及除氧技术分类

1．6．1 化学除氧

1．6．2 物理除氧

1．6．3 电化学除氧

1．7 本文主要研究内容

2 实验系统设计与实验方法

2．1 横管降膜蒸发脱氧-腐蚀综合实验系统的设计目的

2．2 横管降膜蒸发脱氧-腐蚀综合实验系统的结构

2．2．1 蒸发循环回路

2．2．2 冷却及压力保持系统

2．2．3 数据采集及控制系统

2．3 实验系统气密性设计

2．3．1 蒸发器和除氧器的气密性设计

2．3．2 循环回路及其余部分气密性设计

2．4 实验设备及仪器汇总

2．5 实验方法

2．5．1 海水除氧处理

2．5．2 海水腐蚀实验

2．6 实验方案

2．7 本章小结

3 实验设备设计

3．1 蒸发器设计

3．1．1 蒸发器结构

3．1．2 蒸发器简体的强度设计

3．1．3 蒸发器鞍座设计

3．1．4 喷淋管的设计

3．2 除氧器设计

3．2．1 除氧器结构

3．2．2 除氧器强度设计

3．2．3 真空除氧的影响因素

3．2．4 除氧器换热管选择

3．2．5 除氧器热平衡校核

3．3 冷凝器的设计

3．4 预热水箱设计

3．4．1 预热水箱结构

3．4．2 预热水箱强度设计

3．5 循环管路设计

3．5．1 实验系统管路选材及结构

3．5．2 给水泵汽蚀的预防

3．6 测试水罐设计

3．7 本章小结

4 实验系统功能测试与实验结果分析

4．1 实验系统功能测试

4．1．1 实验系统气密性检测

4．1．2 除氧器功能测试

4．2 实验过程中铝合金管宏观腐蚀形貌的变化

4．3 实验结束后铝合金管的宏观腐蚀形貌

4．4 清洗后铝合金管表面的腐蚀形貌

4．4．1 清洗后铝合金管表面的腐蚀情况

4．4．2 横管降膜蒸发器中冲击腐蚀的产生及特点

4．5 铝合金管表面的微观腐蚀形貌

4．5．1 铝合金管表面SEM图

4．5．2 铝合金管表面SEM图分析

4．6 本章小结

5 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢