管道钢材在流动地热水中的腐蚀与结垢

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在地热资源的开发利用过程中，经常因为管道钢材的腐蚀而造成地热水泄漏，还会出现由严重的结垢而造成管道的堵塞，这极大地影响了管道的使用寿命。因此，研究流动地热水中管道钢材的腐蚀与结垢行为具有重要的现实意义。本文在前期研究静止地热水中管道钢材腐蚀与结垢规律的基础上，探讨了流动地热水中不锈钢、镀锌钢、碳钢三种常见的管道钢材的腐蚀与结垢机理，为研发适用于流动地热水环境的耐腐蚀、防结垢涂层打下了理论基础。讨论了碳钢管、不锈钢管和镀锌钢管在流动地热水中腐蚀与结垢行为的机理：对碳钢管，浸泡在流动地热水后发生了严重的腐蚀。对不锈钢管，浸入地热水后表面主要发生结垢物的沉积。浸泡开始后，不锈钢表面首先钝化，生成钝化膜，结垢物很难在表面沉积。在Cl-等离子的作用下，钝化膜局部破裂，基体出现点蚀，产生的点蚀坑为结垢物的沉积提供了场所。浸泡进一步进行，表面结垢物的沉积量不断增加。但由于冲刷作用，沉积量比静止地热水中浸泡的表面少。结垢平衡后，由于流动地热水的冲刷，结垢物脱落，基体逐渐被腐蚀。地热水的流动，加速了表面钝化膜的破坏，同时加速了溶液中CaCO3的形成。96h内，流动地热水中Ca2+消耗了1.6mmol/L，浸泡的不锈钢管表面也沉积了颗粒状结垢物，而静止地热水中的Ca2+仅消耗了1.0mmol/L，浸泡的试样表面没有结垢物。对镀锌钢管，浸入流动地热水后表面同时具有明显的腐蚀与结垢特征。浸泡开始后，镀锌层腐蚀，结垢物也逐渐在表面沉积。浸泡时间增长，表面结垢物增多，并与腐蚀产物结合，但由于冲刷作用，结垢物沉积量较低，无法完整地覆盖在表面。结垢平衡后，结垢物和腐蚀产物从表面脱落，镀锌层腐蚀也愈加严重。地热水的流动同时加速了表面的腐蚀与结垢过程，但冲刷作用影响了结垢物的沉积量。研究了Cl-、Mg2+、SO42-等离子对于静止地热水中镀锌钢管腐蚀与结垢行为的影响，发现除去Mg2+后，结垢物颗粒变小，168h后试样质量上升了0.1g；除去Cl-后，自腐蚀电位变化范围升高至-0.94V到-0.84V，腐蚀产物明显减少，结垢物颗粒增大；除去SO42-后，镀锌钢管的自腐蚀电位变化范围升高至-0.98V到-0.88V，表面腐蚀产物减少；Na2SiO3的引入影响了结垢物在表面的覆盖程度，进而影响镀锌钢管的腐蚀。当Na2SiO3的浓度为117mg/L时，腐蚀产物与结垢物结合，较完整的覆盖在表面。

管道钢材在流动地热水中的腐蚀与结垢

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