不锈钢硝酸管道流动腐蚀行为的试验行为

摘要

硝酸是一种十分重要的工业原料，广泛地应用于各重要工业领域。近年来，随着硝酸生产规模的不断扩大，不锈钢硝酸装置及管路的腐蚀泄漏事件频繁发生，特别是局部冲刷腐蚀现象严重，因而硝酸装置和管道的防腐蚀问题，一直是硝酸装置设计及使用过程需要解决的一大难题。本文主要针对流动硝酸冲刷腐蚀现象展开试验及模拟研究，自主研制了喷射式流动硝酸腐蚀试验装置，采用极化曲线、EIS、表面微观形貌分析等测试手段，探究了流动硝酸介质的冲击速度、冲击角及温度等因素对不锈钢腐蚀规律的影响，并对试验装置进行速度场、压力场、剪切力等流体力学因素的模拟研究，并与试验结果进行对比分析，得出的主要结论如下:
　　(1)304不锈钢在流动硝酸冲刷作用下依然具有明显的钝化过程，冲刷速度、冲击角、温度等因素并未改变304不锈钢在该介质中的腐蚀机理，但改变了金属在该介质中发生晶间腐蚀的动力学过程，进而影响了腐蚀行为。
　　(2)试验结果表明，随着流动硝酸介质温度和流速的增大，金属的腐蚀速率明显加快，界面间电荷传递加快，金属基体钝化过程的稳定性随之下降，更易过钝化而发生晶间腐蚀。另外，流动硝酸介质对不锈钢表面的冲击角为45°时，金属的耐蚀性最强，表面膜层稳定性最好，当冲击角小于45°时，随着冲击角度的增大，金属表面膜层的稳定性和保护性均不断提高，耐蚀性不断增强;而当冲击角大于45°时，随着冲击角度的不断增大，金属的腐蚀速率不断加快，耐蚀性逐渐变差，当冲击角为90°时，不锈钢的腐蚀速率最快，耐流动硝酸冲刷腐蚀的性能最差。
　　(3)测试金属表面平均压力和剪切力对金属耐流动硝酸冲刷腐蚀性能的影响较大，当流动冲刷过程中的产生的压力较大时，测试金属的腐蚀速率主要由压力的撞击作用决定的，随着压力撞击作用的不断增大，腐蚀加剧;而在单相流冲击试验中，剪切力对金属表面的切削作用不足以破坏钝化膜层，主要是通过改变流体边界层，使金属表面接触的氧的浓度发生改变，从而影响了腐蚀速率，且只有在压力数值较小时剪切力的作用比较明显，而当压力较大时，腐蚀速率主要还是受压力产生的撞击作用的影响。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 不锈钢硝酸管道腐蚀的研究背景及意义

1．1．2 不锈钢硝酸装置腐蚀泄漏的危害

1．2 不锈钢硝酸腐蚀机理的国内外研究进展

1．2．1 不锈钢晶间腐蚀机理研究

1．2．2 不锈钢在硝酸中反应机理的研究

1．2．3 不锈钢在硝酸中腐蚀特性的研究

1．3 流动腐蚀的国内外研究现状

1．3．1 流动腐蚀的基本原理

1．3．2 冲刷磨损与腐蚀交互作用

1．3．3 流动冲刷腐蚀的影响因素

1．3．4 流动腐蚀试验研究

1．3．5 流动腐蚀模拟研究

1．4 本文的主要研究内容

第二章 硝酸喷射腐蚀试验装置及研究方法

2．1 试验准备

2．1．1 试验材料和测试仪器

2．1．2 试验方案及考虑的因素

2．1．3 试验研究过程及方法

2．2 硝酸流动冲刷试验装置设计

2．2．1 硝酸喷射腐蚀试验装置的总体设计

2．2．2 喷射段的设计及电极布置

2．2．3 测试仪器仪表的选型与安装

2．2．4 试验装置的密封及减震设计

2．3 本章小结

第三章 不锈钢流动冲刷腐蚀试验研究

3．1 冲刷速度对304不锈钢腐蚀规律的影响

3．1．1 极化曲线随冲刷速度的变化

3．1．2 电化学阻抗谱随冲刷速度的变化

3．1．3 表面腐蚀形貌随冲刷速度的变化

3．2 冲刷角度对304不锈钢腐蚀规律的影响

3．2．1 极化曲线随冲刷角度的变化

3．2．2 电化学阻抗谱随冲刷角度的变化

3．2．3 表面腐蚀形貌随冲刷角度的变化

3．3 介质温度对304不锈钢腐蚀规律的影响

3．3．1 极化曲线随介质温度的变化

3．3．2 电化学阻抗谱随介质温度的变化

3．3．3 表面腐蚀形貌随介质温度的变化

3．4 本章小结

第四章 流动冲刷腐蚀装置的数值模拟研究

4．1 数值模拟方法及过程

4．1．1 数学模型及数学方程的建立

4．1．2 网格划分及边界条件设置

4．2 工作电极表面的流动特性研究

4．2．1 不同流速下工作电极表面的流动特性

4．2．2 不同角度下工作电极表面的流动特性

4．3 模拟结果与实验结果的对比分析

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

致谢

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