【摘要】：在電廠汽水管道的運(yùn)行中,流動加速腐蝕普遍存在且威脅著管道系統(tǒng)。它是一種在物理因素和化學(xué)因素共同作用下造成碳鋼溶解、減薄的機(jī)制。流動加速腐蝕過程很復(fù)雜,它會使電廠的管道系統(tǒng)等失效,造成安全威脅和財產(chǎn)損失,所以對流動加速腐蝕的研究很是必要。研究流動加速腐蝕的實(shí)驗(yàn)不僅需要性能優(yōu)良的設(shè)備,還需要嚴(yán)格的環(huán)境條件,相比于實(shí)驗(yàn)研究的復(fù)雜及費(fèi)時費(fèi)力,采用計算流體力學(xué)方法將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合已成為研究流動加速腐蝕的有效方法。在國內(nèi)外學(xué)者對于流動加速腐蝕機(jī)理、影響因素、數(shù)值模擬及預(yù)測模型方面的研究成果的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)了前人在數(shù)值模擬方面對于溫度這一影響因素的研究存在欠缺,忽視了工質(zhì)物性參數(shù)隨溫度變化這一重要現(xiàn)象。為很好的預(yù)測電廠管道發(fā)生流動加速腐蝕的部位及速率,本文基于電廠管道實(shí)際工況,采用流體動力學(xué)軟件根據(jù)溫度變化相應(yīng)地調(diào)整工質(zhì)的物性參數(shù),在其他條件一定的情況下模擬了孔板管道下的流場,觀察速度及湍流動能在孔口下游整體及豎直方向上的分布情況,模擬計算得到不同溫度下溶解度、速度、湍流動能、壁面剪切力及傳質(zhì)系數(shù)的變化,并結(jié)合流動加速腐蝕預(yù)測模型更精確地分析了溫度對流動加速腐蝕的影響。結(jié)果表明:采用工質(zhì)物性參數(shù)隨溫度變化的方法模擬孔板管道中心軸線速度及靜壓分布結(jié)果與前人實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合;隨距離孔口越遠(yuǎn)豎直方向上的速度、湍流動能的轉(zhuǎn)折點(diǎn)越靠近軸心,中心軸線上的速度、湍流動能、壁面剪切力、傳質(zhì)系數(shù)、流動加速腐蝕的最值整體隨溫度的升高而向孔口靠近;模擬得到的速度、湍流動能及壁面剪切力與計算得到的傳質(zhì)系數(shù)、流動加速腐蝕速率整體隨溫度的升高呈現(xiàn)上升趨勢;壁面剪切力、傳質(zhì)系數(shù)及流動加速腐蝕速率隨溫度變化出現(xiàn)第一、二峰值及最小值的位置相同,流動加速腐蝕速率在孔板下游0.7-1.0D(D為管道內(nèi)徑)之間達(dá)到峰值,在3.8-4.3D之間出現(xiàn)第二峰,這兩處為孔板管道高危腐蝕區(qū)域;傳質(zhì)系數(shù)與溶解度均受溫度影響,在150℃以下,溫度對流動加速腐蝕速率的影響效果顯著且主要是通過傳質(zhì)系數(shù)實(shí)現(xiàn)的。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM621
【圖文】：

加速腐蝕研究的重要性來，火電裝機(jī)容量增長迅猛，然而伴隨著這種井噴式的增長過戰(zhàn)也逐漸顯露。例如在汽機(jī)的高壓缸中出現(xiàn)了沉積、結(jié)垢速率破裂等，如圖 1.1 所示；在管道紊流部位比如彎管段、三通和，管壁減薄的現(xiàn)象很為明顯。然而產(chǎn)生這些現(xiàn)象的根本原因就動加速腐蝕現(xiàn)象。流動加速腐蝕(Flow Accelerated Corrosion，長腐蝕(Flow Assised Corrosion)，是由于管道本體及表面氧化溶解而造成的管道內(nèi)表面減薄的一種現(xiàn)象[1]，會造成敏感系統(tǒng)面剝蝕。其中它還包括了浸蝕(Erosion corrosion)以及流速差腐是一種會造成敏感系統(tǒng)里面的碳鋼材料管道壁面材料剝蝕的機(jī)反應(yīng)以及腐蝕產(chǎn)物發(fā)生的溶解、擴(kuò)散和沉積等許多的物理過程

給電廠帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，抑制汽水管道內(nèi)表面流動加速腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生對電力行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。圖1.2 美濱核電站事故后破裂的管道1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀流加速腐蝕（FAC）引起的管道系統(tǒng)材料磨損是核電廠、石油和天然氣工業(yè)、海水淡化廠以及其他行業(yè)的主要問題之一。流動加速腐蝕現(xiàn)象最先在核電方面引起重視。超（超）臨界組汽水系統(tǒng)設(shè)備部件與核電二回路類似，均存在著流動加速腐蝕現(xiàn)象。隨著我國能源轉(zhuǎn)型、火電超（超）臨界技術(shù)的發(fā)展，機(jī)組參數(shù)不斷提高，流動加速腐蝕(FAC) 在電廠汽水管道運(yùn)行中普遍存在且嚴(yán)重威脅電廠的安全運(yùn)行，故受到了更多的重視。目前，流動加速腐蝕已成為電廠高壓漏水、管道斷裂等事故發(fā)生的主

動向主流介質(zhì)區(qū)擴(kuò)散,而可溶性含鐵組分會隨著主流區(qū)的工質(zhì)進(jìn)行遷徙，這是一個循環(huán)過程；從靜態(tài)的角度來講是基體不斷的與穿過孔隙的 H2O 發(fā)生水合反應(yīng)生成可溶性含鐵組分，其向主流區(qū)擴(kuò)散、遷徙的過程。除此之外，鄧宏偉、劉飛華等人[21,22]對核電二回路汽水系統(tǒng)的流動加速腐蝕機(jī)理進(jìn)行了研究分析，將流動加速腐蝕分為三個區(qū)域，兩個過程。流動加速腐蝕過程簡單來說就是基體表面的氧化保護(hù)膜在主流介質(zhì)下不斷溶解變薄，造成保護(hù)作用不斷減小，腐蝕變強(qiáng)，電化學(xué)反應(yīng)過程是形成電廠管道 FAC 的主要過程，該過程存在著一系列微觀的電化學(xué)反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)，包括金屬基體 Fe 的電離、金屬基體表面氧化膜的形成與氧化膜的化學(xué)溶解。如圖 1.3 所示：管壁減薄是由于從基體的固態(tài)鐵電離產(chǎn)生了 Fe2+，部分 Fe2+再與游離在 Fe3O4保護(hù)層縫隙中水中分解的 OH-反應(yīng)生成 Fe(OH)2等化合物，其中大部分在游離狀態(tài)經(jīng)縫隙擴(kuò)散到主流介質(zhì)中，同時Fe(OH)2由于化學(xué)不穩(wěn)定性分解生成的 Fe3O4以及其他離子態(tài)，因 Fe3O4保護(hù)層是一種具有滲透性和微溶性的物質(zhì)，伴隨著介質(zhì)的流動，保護(hù)層和基體會不斷變薄，整個不穩(wěn)定化學(xué)反應(yīng)隨著物理過程的推動加速進(jìn)行，這造成了流動加速腐蝕的惡化。

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本文編號：2788722