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2001年第2期
水冷壁在水临界点附近腐蚀试验研究
张玉福,陈绍艺,周年光,霍金仙,许晶莹2楼台芳
(1.湖南电力试验研究所,湖南长沙410007;2.武汉大学,湖北武汉430072)
摘要:水冷壁(20号碳钢)腐蚀试验采用高床挂片模拟试验,表面分析采用电子探针(EPMA),X射线衍射分析
(XRD)。研究结果表叨:该片在气液中的増重速卒与温度的关系分別为"g(ghm2)=0.1592lnuC-1.0496,F/
( g hm2)=3X10-6(T/O2-0.0007TC+0.023。两曲线方程的交点近似为水的临界点,对应的增重速率为0.106
ghm2。360C下,20A碳钊表面膜的增重量亅腐蚀时间的关系符合指数规律W=0.479"45
关键词:水冷壁腐蚀;水临界点;増重速卒;表面分析
中图法分类号:TK223.31文献标识码:A文章编号:1003-6954(2001)02-0016-02
在业临界机组运行中,水冷壁管内炉水是在接近净,观察表而状态斤放入燥器中。放置与预处理时
其临界点作的。在高热负荷的水冷壁放热面(水相隔同样时间后称重(o2),将试片保存在十燥器中
侧)的温度很可能达到甚至超过了水临界点(374.15准备表面分析,同吋将模拟炉水保存在试剂瓶中准备
C,22.12MPa)的温度。而水在崎界点附近,其性质测铁。试验条件见表1。
发生突变,如水的饱和蒸汽床突然上升,水的密度、表
表1高压釜试验条件
面张力、介电常数迅速下降,表现出有机浴剂的特性
模拟炉水体积(m):试片面积(cm2)153
水然汽的密度、表而张力、介电常数却上升。这些性
炉水pH值
9.40±0.20(用NaOH调)
质的突变对水冷壁的腐蚀会产生什么影响?需要在
高乐金中做一些模拟条件试验进行研究。而国内现腐时间
PO43浓度
0.5 mgl
有高压很难达到如此高温高压。为此,设计了“组
浓度
0.5 mgl
不同温度、压力下的腐钕试验,取得数据,寻找出规试片尺
40 mm X15 mm X2 mm
律然后外推计算出碳钢在水临界点的增重速率,同脱气方式
以2L/min的速度通N240min
时対成膜动力学进行试验取得了较好的效果。
1.2不同温度下的腐蚀试验
1试验方法及结果
不同温度ド的试验结果见表2。表中g、分
别別表小试片在气、液两相中的增重速率,即通常所说
1.1试验方法
将配彻好的模拟炉水置丁し洗净,容积为IL且的腐独速率p=必-以.の2
Oo-Ore,のo
表
带有搅拌的高炷中、用镍铬丝将预先处理好并称重示进入试片表面的非金属(主要为氧重量,のa为溶
的20号碳钢试片(o)分別悬挂在气、液两相中。通于水的鉄重量,A为试片表面积(m2)为时间(h)
氮除氧后,缓慢升温至所需温度,恒温数小时后冷却所以増重速卒可埋解为氧化速卒与溶解速卒之差,表
到室温。取!试片立即用除盐水沖洗,再酒精洗2中压力为实测乐力。
表2不同温度对碳钢腐蚀试验结果
编号温度(O压力(MPa)
y(g/hm)
T(g/hm
Tfe(g/hm)
表面状态
0.47
-0.0256
0.1105
0.779
150~200C时,液相试片表
200
-0.0143
0.0295
0.211
发黄、红、棕黄,个别区有
0.0185
黑,蚀点多。高于250C时表
300
340
14.0
0.0870
0.060
面膜发黑,随温度升高蚀点变
360
18.0
0.0999
0.0708
0.041
圆、大
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四川电力技术》
1.320A碳钢成膜动力学试验结果
外推相交于一点。将高温区的数据拟合得到的出线
为了探讨20A碳钢表面成膜的动力学规律,将方程分别为vg(ghm2)=0.1592lnt/C-1.0496
同试片进行为期5大的腐似试验,其它条件同表F/(ghm2)=3×10-6e/C-0.0009T/C
1。温度为360C,每大換一次模拟炉水,试片称重,0.023。在临界点时,出」气、液两相性质相同,Fx
果见图1,将实验的数据拟合,得曲线方程为lgo
7,叫求解得交点温度为374C,此温度接近临界点
319+0.431gt,即o=0.479°:43。
温度,对应増重速悴为0.106g/hm2。
2.2炉水铁浓度
?1.6
表2屮浴解铁浓度随温度升高卜降,说明碳钢随
温度升高浴解速率下降。这是由」温度越高,水的介
电常数越小,说明水中能容纳电子的能力下降,Fe
(OH)2的浴解度下降,这与用高温热力学数据理论
12182430
计算得到的規律一致,见表4。
2.3表面膜中含氧量及氧化物类型
图1试片增重与时间的关系
表3中360C比250O膜中含氧量高,说明碳钢
在炉水中的氧化速率随温度升高而增加,表现在360
1.4表面分析
C液相表面膜比250C膜敛密、均匀。根据前苏联
将250C360C的液相试片和腐侠5天后的液B.B.拉格西莫人提供的资料氧化产物不同,膜的颜
相试片,用电了探针作表面形貌及心素成分分析,分色不同,本试验在低温区膜的组成为多种烃基铁,高
析结果见表3。将360C腐蚀1人及5人的液相武温区为Fe3Oa
片表而膜作XRD分析,结果均为Fe3O4,图谱略。
4成膜机理分析
表3试片表面膜EPMA元素成分分析结果(相对质量百分数
在360C的炉水中先形成的表而膜颗粒细、均
匀、密实,随吋间延长,膜颗粒变粗、变大。从成膜机
O
埋米看,成膜过程先由活化控制,H于基体和介质之
250℃液相试片a
94.141.07
间氧化膜渐渐形成,活化控制慢慢转变为扩散控制,
360C液相试片b
89.61
膜的增长速率越来越缓慢,因此颗粒粗人。从图1看
腐供5天后的液相试片c
18.6379.921.45
到前3大膜增重量随时问延长儿乎自线增加,3犬后
变化缓慢。膜的增重量与成膜时问符合指数关系
2结果分析
结论
碳钢在水临界点的增重速率
20号碳钢在模拟炉水及水蒸汽中的增重速率均
20号碳钊的增重速率、氧化速率随温度升高而
随温度升高而增加,但在低温区(150C~200O和增加,但在气、液相中呈不同的增加趋势,溶解速率随
尚温区(200C~360O变化规律不同、,在气相及液温度?高下降。实验条件下碳钢在临界点的増重
相中的变化规律也不同,将气、液相两曲线在高温区
速率为0.106g/hm2o。
表4Fe(OH)2在不同温度下的溶解度
温度GFe(OH2qFe2
GOH
K
kj/mo
kJ/mol
k/ mol
kJ/mol
mol/1
l50
612.5
-19.82
136.(
l.