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锌的消费在牺牲阴极保护的双管铜盐水热交换器处理

*通信:

达尔维什曼氏金融化学工程系、工学院、埃及亚历山大大学
电话:+ 201119585888;电子邮件: (电子邮件保护)

文摘

双管式热交换器的内部铜管是装有锌环横向流的盐水防锈保护内胎牺牲阴极保护。铜锌的消费在阴极保护在氯化钠溶液在不同操作条件下决定。周围的锌的溶解速度环内部铜管被发现增加随着溶液流速增加,温度和盐浓度。激活能源Ea发现3.864千卡/摩尔,这个值表明,锌消费发生通过扩散控制机制。锌消费的速度被发现与增加环厚度降低。通过最大限度的增加速度环间距。

本研究评估的重要性相比牺牲阴极保护的成本与外加电流阴极保护是强调竞争。同时,锌环的可能率动荡参数来增强传热的速度,提高换热器的效率是指出。

关键字

阴极保护;热交换器;牺牲阳极;阴极保护;锌的溶解;传质

介绍

铜和铜合金通常用于制作热交换器的高导热系数和相对低成本。不幸的是,铜和铜合金的腐蚀率高(3.5%氯化钠)海水作为冷却剂的冷却系统海洋船舶和沿海植物。热交换器中使用海水淡化植物在氯化钠浓度超过3.5%患有严重的条件(1]。

腐蚀控制是一个过程,人类是非常控制材料和环境可以调节腐蚀的速度,保持可接受的或至少可预测范围内的生命结构(2]。

有许多等腐蚀控制方法(阴极保护,阳极保护,防护涂层,如涂料、耐腐蚀金属和合金、添加抑制剂,非常纯金属)。选择的方法取决于许多因素,如成本、效率、可用性、环境腐蚀金属的污染等。3,4]。

有两种证明方法应用阴极保护:牺牲阳极和外加电流(电)。每个方法取决于经济和技术因素和一定的优势。对每一个结构,有一个特殊的阴极保护系统依赖于环境的结构5]。

阴极保护系统中电流分布取决于几个因素,其中最重要的是驾驶的潜力,阳极和阴极几何,阳极和阴极之间的间距和水的导电率环境这是有利的对好的电流分布(6]。

阴极保护通常是应用于管道的外表面,船的船体、码头、桩基础、钢铁板桩和海上平台。阴极保护也用于储水箱和水循环系统的内部表面。然而,由于外部阳极很少会传播保护距离超过两到三倍管道直径的,这个方法不适合小口径管道工程的保护。阴极保护也被应用到钢嵌在混凝土,在水系统和铜基合金异常铅包电缆和铝合金,在阴极电位必须非常小心地控制(7,8]。

设备中使用海水淡化和冷却系统使用盐水作为冷却剂从遭受严重腐蚀由于高度侵略性的氯离子的存在在高浓度9,10]。

可以解决这个问题通过使用昂贵的合金设备或通过使用廉价的合金和应用阴极保护,保护他们通过与牺牲阳极阴极保护,因此,数以百计的研究都是在牺牲阳极阴极保护系统的主题,但几乎没有人处理这些系统中细菌的存在(10- - - - - -12]。

阴极保护也可以应用于原油产业的产业遭受的腐蚀问题,原油运输已成为一个复杂和高技术操作(13]。世界各地的报告证实,一些石油公司的输油管道由于腐蚀破裂14,15]。腐蚀是一个值得研究在油田应用中,由于腐蚀问题占总成本的很大一部分石油生产公司每年在世界范围内(16- - - - - -19]。最近的工业灾难,许多行业已经失去了数十亿美元的由于腐蚀。腐蚀的年度总成本的石油和天然气生产行业估计为数十亿美元,分解成几百万在地面管线和设施成本,每年数百万井下油管费用(14]。在石油行业,总体和局部腐蚀是最常见的类型的腐蚀现象。另一个大问题在操作管道内部腐蚀16,20.,21]。原油探索从水库通常包含水、盐水。水分离之前,oil-brine混合物需要收集和运输管道的治疗。然而,运输管道将遭受腐蚀攻击(22,23]。腐蚀严重时得多(CO等酸性气体₂H₂S)引入到运输系统(22- - - - - -25]。在低水削减这不是一个问题油包水分散。随着含水率的增加,水可能会出现“超级”,导致分层流的分离层的水和油阶段。因此,腐蚀的可能性非常高,水相湿胎管壁(26,27]。生产水发生在两个方面:有些可能产生水的自由水和一些可能产生的水乳剂的形式。生产油田乳剂可以分为三组:[13,28,29日]。

本研究将协助比较外加电流阴极防护和牺牲阴极保护之间的双管式热交换器处理盐的解决方案。而电能源消费构成的一个主要成本项目外加电流阴极保护、锌消费是牺牲阴极保护的主要成本项目。

当前工作的目的是探讨的可能性使用牺牲阴极保护保护内部的双管式热交换器铜管腐蚀在氯化钠的解决方案。为此锌环安装在内部定期铜管。为了协助评估使用锌消费的经济可行性确定在不同条件下的盐浓度、溶液流速、温度和锌环尺寸的分光光度计分析溶解锌。使用锌环周围的内部铜管也推广的优势动荡这增强了传热速率之间的内部和外部的解决方案。

材料和方法

能够监视安装设备的腐蚀的阳极电化电池通过阴极保护取决于电系列的金属。

装置建成模拟的电化电池阳极保护阴极将严厉批评。装置由水箱维度27厘米×27厘米×27厘米厘米由PVC与容量19.6升,那里的水从水箱流¼的塑料离心泵马力的反应细胞铜杆作为阴极和20厘米长度和21毫米直径安装在锌环作为阳极内径21毫米上的外力,这个反应细胞是由有机玻璃制成的,有两个在堰PVC的水流回所示的储水槽图1。

每次运行前12升蒸馏水被添加到水箱,所需的生理盐水质量分数,水温在所需的温度调整通过使用电加热器,流是通过调整阀调整。

实验开始调整变量后,60分钟后30毫升样品最后退出了水箱和锌环是用水洗去除锌的痕迹。不同的参数研究:溶液流率(1.2,2.5,4.62,6.67,7.5和10.4)L / min,温度变化从25°C到35°C,佑天兰浓度从2.5 wt % s到7.5 wt %),间隔(3厘米、4厘米,5厘米)和宽度(0.5厘米,1厘米1.5厘米)。

原子吸收装置是用于阳极(锌)的分析样本。

结果与讨论

锌溶解发生在当前条件下通过原电池。

锌/氯化钠溶液(PH = 7) /铜的反应是:

锌→锌+ + + 2 e¯(1)(阳极)

1/2O₂+ H₂O + 2 e¯→2哦¯(2)(阴极)

腐蚀率计算:

R = X *没有升/ t * (g / cm².sec)

其中X是锌的分析获得的价值(毫克/升),t是实验时间(秒)

面积(cm²)。

图2表明,锌的消耗速度环接触内部铜管溶液流量和氯化钠浓度的增加而增加。LD乐动体育官网锌消费的增加率率随着解决方案是归因于的传质速率的增加溶解氧从解决方案的阴极表面扩散控制氧气还原反应发生(30.流量减少了),增加解决方案扩散层在这啊₂扩散根据方程(2)发生。

此外,随着流穿过锌环水动力发生边界层分离环的下游湍流尾流的形成(31日),动荡边界层分离所产生的穿透扩散层,提高传质速率。

图3显示温度对锌的溶解速率的影响。之前的数据显示,锌溶液温度的增加而增加。温度有两个相反的影响锌的溶解温度降低溶解度的增加1溶解氧(32),因此锌溶解的速度降低,

锌→锌+ + + 2 e¯

根据阿伦尼乌斯方程增加溶液的温度应该导致增加锌溶解的速率。看来,在目前条件下影响2效果大于1,即锌溶解率的增加如所示图3。

图4显示当前数据符合阿仑尼乌斯方程R”= e-Ea / RT与激活能源3.864千卡/摩尔这个值表明,锌溶解通过锌/生理盐水/铜发生扩散控制机制(33]。R”是速率常数,频率因子,Ea活化能,气体常数R和T是绝对温度。

锌溶解率的增加随着氯化钠浓度的增加的结果是两个相反的影响1氯化钠浓度的浓度增加溶解氧减少由于氯化钠盐析效应(30.]。这种效应会降低锌溶解在氯化钠溶液、

锌→锌+ + + 2 e¯

2氯化钠浓度增加了溶液电导率的增加,溶液电阻率降低自腐蚀可以用欧姆定律近似。

我腐蚀= E / R

在E =细胞的两个电极之间的电位差(锌/生理盐水/铜)。

减少溶液电阻R倾向于增加锌的腐蚀电流,解散。锌溶解率的增加随着氯化钠浓度所示图5表明效应为2是主效应1。

图6显示了环间距对锌的溶解率的影响,锌溶解的速率增加而增加间距,它达到最大然后开始减少间距进一步增加。的初始增加锌的溶解可能归因于这一事实动荡后生成的下游每个环都有一个更好的机会与铜柱的间距增加回贴。之前的研究在动荡发起人表明传质成为最大的回贴(34]。随着间距的增加,水动力边界层厚度增加点后回贴随之增加扩散层厚度。因此,在阴极氧还原和锌溶解的速度减少。

图7显示了环宽度对锌的溶解率的影响,数据显示,锌溶解率的增加与减少环宽度,这可能归因于这样一个事实,这枚戒指的小宽度溶解主要从下游平是高度湍流边界层分离的(因为)而厚的大环宽度流平行圆柱部分的溶解以及下游平的一面。

解散的圆柱部分的速度环低于下游平原地区,因为强度动荡在圆柱环的一部分小于下游平环的一部分。

结论

影响因素牺牲阳极的腐蚀速率进行了研究实验和观测结果表明,随着腐蚀介质的温度增加锌牺牲阳极的溶解率的增加。增加人工海水的盐度增加腐蚀的速率。腐蚀速率增加而增加阳极之间的间距,然后进一步增加腐蚀的速度减少。也作为阳极的宽度增加了腐蚀速率降低。

除了防锈保护换热器,锌环也采取行动动荡启动子来增强传热的速度从外到内的铜管。

目前的结果表明锌消费的速度范围从0.5633克/厘米²4.6966克/厘米²年代将帮助设计师在估算的成本牺牲阴极保护与竞争相比外加电流阴极保护。未来的研究应该包括测量管的压降装有锌环以确保δP的增加和成本的泵功率不超过好处得到阴极保护和传热增强。

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