地?zé)崴匠讣案蔁釒r地?zé)釗Q熱器涂層的防腐防垢性能研究
發(fā)布時(shí)間：2017-09-20 13:15
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【摘要】：地?zé)崴鸬膿Q熱設(shè)備和管件的結(jié)垢和腐蝕問(wèn)題,是制約地?zé)崮芨咝Ю玫钠款i之一。本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外地?zé)崂孟到y(tǒng)換熱設(shè)備防腐防垢的基礎(chǔ)上,制備了改性A型分子篩,用于離子交換吸附移除地?zé)崴械拟}離子。同時(shí),在建立的加壓防腐防垢評(píng)價(jià)裝置上,系統(tǒng)研究了溶膠-凝膠法和液相沉積法制備的TiO2涂層、SiO2涂層和SiO2-FPS復(fù)合涂層在150℃模擬干熱巖地?zé)崴芤褐械姆栏拦感阅堋Ｖ饕芯績(jī)?nèi)容包括:采用兩步晶化法制備了改性A型分子篩,研究了該分子篩對(duì)水溶液中鈣離子吸附的動(dòng)力學(xué)、吸附機(jī)理和吸附熱力學(xué)。優(yōu)化條件下制備的分子篩,在吸附溫度為298 K時(shí)對(duì)鈣離子的吸附能力為129.3 mg/g。吸附速率符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。當(dāng)鈣離子濃度250 mg/L時(shí),吸附過(guò)程受膜擴(kuò)散控制;當(dāng)鈣離子濃度250mg/L時(shí),吸附過(guò)程受顆粒內(nèi)擴(kuò)散控制。計(jì)算得到的傳質(zhì)系數(shù)在2.23×10-5 cm/s到2.80×10-4 cm/s。結(jié)合Langmuir模型,D-A等溫模型能恰當(dāng)描述吸附的熱力學(xué)性質(zhì)。該吸附包括離子交換以及鈣離子和氫氧根離子的絡(luò)合過(guò)程。較高的鈣離子吸附容量表明該過(guò)程在地?zé)崴Y(jié)垢離子的移除中有一定的潛在的應(yīng)用價(jià)值。采用Shoka Lev分類法對(duì)大慶鶯深干熱巖地?zé)崴芯勘砻?水化學(xué)類型基本屬于HCO3(-Cl/SO4)-Na型,該分類法能夠?qū)Φ責(zé)崴Y(jié)垢和腐蝕趨勢(shì)進(jìn)行初步判斷。采用Langelier指數(shù)對(duì)嚴(yán)重結(jié)垢型地?zé)崴A(yù)測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確。腐蝕電化學(xué)分析法能夠用來(lái)預(yù)測(cè)和檢測(cè)不同類型地?zé)崴母g趨勢(shì)。根據(jù)二維粗糙度輪廓曲線特征,將不同粗糙程度表面分為粗糙表面和微觀粗糙表面。對(duì)微觀粗糙表面,提出了粗糙度系數(shù)I,具有明確的物理意義,能較好的描述微觀粗糙程度的特征;并基于此指出了理想的防垢表面是表面無(wú)缺陷,呈分子級(jí)平整(I=0)的疏水表面(對(duì)析晶垢和顆粒垢)。150℃模擬干熱巖地?zé)崴栏拦感阅軇?dòng)態(tài)考察實(shí)驗(yàn)表明,LPD TiO2和Sol-gel TiO2涂層在碳酸氫鈣型模擬干熱巖地?zé)崴?與SS304相比,實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)污垢熱阻可降低48%以上,適用于易結(jié)垢弱腐蝕型干熱巖地?zé)崴姆拦浮］^高溫度(150℃以上)地?zé)崴到y(tǒng)中,氯離子的存在和總礦化度的增加對(duì)SS304換熱設(shè)備的腐蝕明顯加劇。Sol-gel SiO2和SiO2-FPS涂層在含腐蝕組分的模擬干熱巖地?zé)崴?總礦化度約7000 mg/L),與SS304相比,實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)污垢熱阻均降低30%以上;150℃腐蝕實(shí)驗(yàn)14天后,腐蝕電化學(xué)測(cè)試表明,兩種涂層的腐蝕速率均可降低60%以上。Sol-gel SiO2和SiO2-FPS涂層在中等腐蝕強(qiáng)度(總礦化度7000 mg/L左右)、150℃的干熱巖地?zé)崴芯哂休^好應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：防腐防垢 吸附 鈣離子 涂層 粗糙度 干熱巖地?zé)崴?/strong> 腐蝕速率
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P314;TQ424
【目錄】：
- 摘要4-5
- ABSTRACT5-10
- 第一章 文獻(xiàn)綜述10-40
- 1.1 引言10-11
- 1.2 地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)及換熱設(shè)備防腐防垢現(xiàn)狀11-36
- 1.2.1 地?zé)崂冒l(fā)展過(guò)程11
- 1.2.2 干熱巖型地?zé)豳Y源11-13
- 1.2.3 地?zé)崃黧w結(jié)垢及腐蝕特性研究進(jìn)展13-25
- 1.2.4 地?zé)岢概c防垢研究現(xiàn)狀25-33
- 1.2.5 地?zé)崂孟到y(tǒng)換熱設(shè)備防腐研究現(xiàn)狀33-36
- 1.3 本章小結(jié)36-40
- 1.3.1 目前存在的問(wèn)題36-37
- 1.3.2 本課題的主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)37-40
- 第二章 實(shí)驗(yàn)部分40-56
- 2.1 主要試劑及儀器設(shè)備40-42
- 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置及過(guò)程42-53
- 2.2.1 離子交換吸附裝置42
- 2.2.2 鈣離子吸附實(shí)驗(yàn)步驟42-43
- 2.2.3 地?zé)崴麟x子成分分析43-45
- 2.2.4 加壓防腐防垢裝置45-53
- 2.3 分子篩及涂層的表征方法53-55
- 2.3.1 分子篩的表征53-54
- 2.3.2 制備涂層的表征54-55
- 2.4 本章小結(jié)55-56
- 第三章 改性A型分子篩離子交換吸附水溶液及地?zé)崴锈}離子的研究56-86
- 3.1 引言56-57
- 3.2 實(shí)驗(yàn)57-60
- 3.2.1 原料57
- 3.2.2 改性A型分子篩的制備57
- 3.2.3 表征分析57
- 3.2.4 動(dòng)力學(xué)測(cè)試57-59
- 3.2.5 吸附平衡實(shí)驗(yàn)59-60
- 3.2.6 改性A型分子篩再生60
- 3.3 分子篩的表征60-62
- 3.4 分子篩的鈣離子移除性能及吸附動(dòng)力學(xué)62-67
- 3.4.1 鈣離子移除性能62
- 3.4.2 吸附動(dòng)力學(xué)62-67
- 3.5 擴(kuò)散和吸附機(jī)理67-72
- 3.5.1 有效擴(kuò)散系數(shù)模型和表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)模型67-72
- 3.5.2 溶液pH隨吸附時(shí)間的變化72
- 3.6 吸附等溫線72-81
- 3.6.1 不同溫度下的吸附平衡72-74
- 3.6.2 Langmuir吸附等溫線74-77
- 3.6.3 Freundlich吸附等溫線77
- 3.6.4 Dubinin-Radushkevich (D-R) and Dubinin-Astakhov(D-A)等溫線模型77-81
- 3.7 熱力學(xué)參數(shù)81-82
- 3.8 再生分子篩的鈣離子移除效率82-83
- 3.9 地?zé)崴锈}離子移除性能83-85
- 3.10 本章小結(jié)85-86
- 第四章 模擬干熱巖地?zé)崴Y(jié)垢和腐蝕趨勢(shì)模型分析和實(shí)驗(yàn)研究86-104
- 4.1 引言86-87
- 4.2 Shoka Lev分類法以及地?zé)崴g結(jié)垢趨勢(shì)指數(shù)模型87-89
- 4.2.1 Shoka Lev分類法87-88
- 4.2.2 Langelier飽和指數(shù)模型（L.S.I.）88
- 4.2.3 Larson指數(shù)模型（L.I.）88-89
- 4.3 實(shí)驗(yàn)89-90
- 4.3.1 材料及試劑89
- 4.3.2 樣片制備89-90
- 4.3.3 測(cè)試方法90
- 4.4 模型預(yù)測(cè)及稱重分析90-96
- 4.4.1 水化學(xué)類型分析90-91
- 4.4.2 結(jié)垢和腐蝕趨勢(shì)分析91-96
- 4.5 地?zé)崴g趨勢(shì)電化學(xué)分析方法96-102
- 4.5.1 動(dòng)電位極化曲線分析96-99
- 4.5.2 電化學(xué)交流阻抗譜分析99-102
- 4.6 本章小結(jié)102-104
- 第五章 傳熱表面修飾在干熱巖地?zé)崴械姆栏拦讣皩?duì)流換熱性能104-151
- 5.1 引言104-105
- 5.2 實(shí)驗(yàn)105-120
- 5.2.1 材料及試劑105
- 5.2.2 涂層的制備105-107
- 5.2.3 涂層表征及電化學(xué)測(cè)試107-120
- 5.3 不同金屬和涂層在中溫(80 ℃)地?zé)崴薪Y(jié)垢腐蝕行為120-132
- 5.3.1 不同金屬和涂層樣片的結(jié)垢腐蝕性能120-125
- 5.3.2 不同粗糙度SS304樣片對(duì)表面能及污垢沉積速率的影響125-132
- 5.4 不同涂層在 150 ℃模擬干熱巖地?zé)崴械姆栏拦感阅?/span>132-147
- 5.4.1 涂層在碳酸氫鈣型模擬地?zé)崴械姆拦阜栏阅?/span>133-140
- 5.4.2 涂層在含腐蝕組分的模擬干熱巖地?zé)崴械姆栏拦感阅?/span>140-146
- 5.4.3 Sol-gel SiO_2及SiO_2-FPS涂層的腐蝕電化學(xué)性能146-147
- 5.5 本章小結(jié)147-151
- 第六章 結(jié)論與建議151-154
- 6.1 結(jié)論151-153
- 6.2 建議153-154
- 參考文獻(xiàn)154-170
- 發(fā)表論文和參加科研情況170-171
- 附錄171-174
- 致謝174-175
本文編號(hào)：888270
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