水平管降膜蒸发海水淡化铝合金换热管研究

摘要

低温多效蒸发海水淡化（LT-MED）技术广泛采用水平管降膜蒸发的传热方式。对于低温多效蒸发海水淡化装置，设备成本较高。铝合金造价低，具有良好的耐腐蚀性和导热性，铝合金管材的应用能够有效降低海水淡化技术成本，在海水淡化领域有着良好的发展前景。因此对铝合金换热管的研究具有重要意义。
　　论文首先模拟低温多效蒸发海水淡化环境，采用动电位极化测试和扫描电子显微镜（SEM）表观观察研究了5052铝合金在不同海水条件下的耐腐蚀性能。研究结果表明，在低温除氧的海水条件下，海水pH值为中性时，铝合金的腐蚀电流密度最低，腐蚀速率最低；当pH值增大或者减小时，铝合金的腐蚀电位均出现负移，腐蚀电流密度增大，耐腐蚀性能降低。随着海水温度和盐度升高，5052铝合金自腐蚀电位均发生负移，腐蚀电流密度增大，表面腐蚀加剧，耐腐蚀性能降低。海水中有溶解氧存在时，铝合金表面生成钝化膜，并且随着溶氧量增大，自腐蚀电位正移，腐蚀电流密度减小，铝合金的耐腐蚀性能增强。添加缓蚀阻垢剂时铝合金的自腐蚀电位发生正移，腐蚀电流密度减小，能够提高铝合金在海水中的耐腐蚀性能。在操作温度60℃，盐度3.5％，pH7的工况条件下，添加5mg/L缓蚀阻垢剂B时，腐蚀速率可控制在0.004mm/a左右，耐腐蚀性能良好。
　　进一步采用5052铝合金作为换热管材，设计搭建了水平管降膜蒸发多管换热试验装置。以实际海水为原料，对低温多效海水淡化不同工况条件下水平管降膜蒸发的管外蒸发传热系数、管内冷凝传热系数以及总传热系数进行了研究。在试验条件范围内，管外蒸发传热系数和总传热系数随蒸发温度的提高、料液喷淋密度的升高而增加。当传热温差增大时，管内冷凝传热系数和总传热系数呈降低趋势。冷凝侧有不凝气存在时，冷凝传热系数和总传热系数下降幅度较大。海水浓度对传热系数影响较小。在控制不凝气含量的条件下，采用铝合金换热管的水平管降膜蒸发器传热系数保持在3500 W/(m2·℃)以上，具有良好传热性能。
　　5052铝合金管材的海水介质中耐腐蚀性能和换热性能研究为其应用于海水淡化的设备加工以及相关的工程设计提供了技术依据和设计参数。

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第一章 文献综述

1.1研究背景

1.2海水淡化主要技术

1.3 低温多效蒸发技术特点及现状

1.4铝合金腐蚀研究现状

1.5本课题的提出及主要研究内容

第二章5052铝合金管腐蚀行为研究实验

2.1实验试剂及设备

2.2实验方法

第三章 5052铝合金管腐蚀行为实验结果与讨论

3.1海水pH值的影响

3.2 海水温度的影响

3.3海水盐度的影响

3. 4溶氧量的影响

3.5缓蚀阻垢剂的影响

3.6本章小结

第四章 水平管降膜蒸发传热试验

4.1试验流程简介

4.2试验设备介绍

4.3试验方法

4.4 试验内容

第五章 水平管降膜蒸发试验结果与讨论

5.1喷淋密度对传热系数的影响

5.2蒸发温度对传热系数的影响

5.3传热温差对传热系数的影响

5.4不凝气对传热系数的影响

5.5海水盐度对传热系数的影响

5.6本章小结

第六章 结论与展望

6.1实验结论

6.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

符号说明

致谢