供水管道电化学腐蚀机理研究

摘要

供水管道长期与输送水体和周围土壤接触，容易发生电化学腐蚀而导致管道泄露或爆裂。同时，管道内壁形成的腐蚀垢层，降低了管网的输水能力，还会通过铁释放导致“红水”现象发生，威胁供水管网安全运行。本文依据腐蚀电化学理论，将失重法、电化学测试技术和微观分析技术有机结合，建立了供水管道流动腐蚀模拟监测系统和土壤加速腐蚀反应装置，对球墨铸铁、灰口铸铁和碳钢三种常用金属管材的内腐蚀和土壤腐蚀的行为和机理、腐蚀产物的组成及其在腐蚀中作用和腐蚀的影响因素进行了系统研究。
　　（1）基于流动腐蚀模拟监测系统的内腐蚀试验研究，原位监测了腐蚀垢层的生长过程，依据电化学阻抗谱（EIS）分析，建立了腐蚀垢层的物理模型，揭示了腐蚀垢层的生长机理及对腐蚀的控制作用。稳定腐蚀垢层形成后，腐蚀速率的控制步骤由电荷传递转变为氧的扩散，微观分析显示α-FeOOH和CaCO3是腐蚀垢层达到稳定状态的特征晶体结构。
　　（2）通过线性极化电阻、EIS和极化曲线测试，确定了温度、流速等六个因素对于腐蚀速率、腐蚀垢层结构和阴阳极反应过程的影响规律，阐述了各影响因素在内腐蚀过程的作用机制，并通过相关分析确定了影响因素的重要性排序：温度>pH>溶解氧>总硬度>流速>总余氯。
　　（3）通过Wathte-Treseder分段试验法设计的现场埋片研究，阐述了滨海盐土中三种材质的局部腐蚀行为，发现腐蚀速率明显随季节变化而波动。揭示了高氯离子环境中，铁的羟基氯化物对于土壤腐蚀的加速作用机理。
　　（4）通过土壤腐蚀模拟加速试验研究，结合EIS和极化曲线分析，发现典型滨海盐土中，三种材质腐蚀初期受阴极扩散和阳极活化双重控制，而腐蚀稳定期则主要受阴极扩散的控制。通过正交试验分析，探讨了温度、含盐量和含水量三因素对于土壤腐蚀的影响规律。
　　（5）对比分析了供水管道内外腐蚀机理、特征，分别建立了供水管道内、外腐蚀深度随时间变化的幂函数模型和腐蚀速率预测模型，阐明了内外腐蚀对供水管道安全运行的危害所在，并提出了相应的防腐措施。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外文献综述

1.3 本文主要研究内容与技术路线

第2章 供水管道腐蚀理论与研究方法

2.1 电化学腐蚀理论

2.2 腐蚀试验方法

第3章 供水管道内腐蚀机理研究

3.1 试验装置和方法

3.2 腐蚀垢层生长机理

3.3 内腐蚀影响因素分析

3.4 本章小结

第4章 供水管道土壤腐蚀机理研究

4.1 试验装置和方法

4.2 现场埋片试验

4.3 模拟加速试验

4.4 本章小结

第5章 供水管道内外腐蚀对比分析

5.1 腐蚀形貌和腐蚀产物

5.2 腐蚀速率变化规律

5.3 防腐措施建议

5.4 本章小结

第6章 结论和展望

6.1 主要结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢