海水淡化設(shè)備結(jié)垢及腐蝕機(jī)理29頁(yè)P(yáng)PT課件

1、海水淡化設(shè)備結(jié)垢與腐蝕機(jī)理研究報(bào)告內(nèi)容1、海水淡化的基本方法2、設(shè)備結(jié)垢原理3、設(shè)備腐蝕機(jī)理4、減緩設(shè)備結(jié)垢和腐蝕的處理方法1、海水淡化的基本方法21世紀(jì)，水資源問題已成為困擾全球經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一個(gè)制約因素。海水淡化作為一種開辟新水源的相對(duì)成熟的技術(shù)，已成為世界上公認(rèn)的解決缺水的最佳方案。海水淡化是除去海水中的鹽分以獲得淡水的工藝過程。亦稱海水脫鹽。 海水淡化的方法，基本上分為兩大類：1、從海水中取淡水，有蒸餾法、反滲透法、水合物法、溶劑萃取法和冰凍法。2、除去海水中的鹽分，有電滲析法、離子交換法和壓滲法。 蒸餾法 蒸餾法海水淡化是將海水加熱蒸發(fā)，再使蒸氣冷凝得到淡水的過程，常見的又可分為：

2、低溫多效蒸發(fā)：讓加熱后的海水在多個(gè)串聯(lián)的蒸發(fā)器中蒸發(fā)，前一個(gè)蒸發(fā)器蒸發(fā)出來(lái)的蒸汽作為下一蒸發(fā)器的熱源，并冷凝成為淡水。 壓氣蒸餾：海水預(yù)熱后，進(jìn)入蒸發(fā)器并在蒸發(fā)器內(nèi)部分蒸發(fā)。所產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮提高壓力后引入到蒸發(fā)器的加熱側(cè) 多級(jí)閃蒸 所謂閃蒸，是指一定溫度的海水在壓力突然降低的條件下，部分海水急驟蒸發(fā)的現(xiàn)象。多級(jí)閃蒸海水淡化是將經(jīng)過加熱的海水，依次在多個(gè)壓力逐漸降低的閃蒸室中進(jìn)行蒸發(fā)，將蒸汽冷凝而得到淡水。 多級(jí)閃蒸原理示意圖2、結(jié)垢的分類 在海水淡化設(shè)備中，常出現(xiàn)結(jié)垢和腐蝕，造成管道堵塞、出水量降低、泄露等問題，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，根據(jù)結(jié)垢機(jī)理，一般將污垢分為以下幾類(1)析晶污垢

3、：海水中溶解的無(wú)機(jī)鹽結(jié)晶沉積在管道的表面所形成的污垢。主要成分是硫酸鈣（ CaSO4 ），硫酸鎂（ MgSO4 ），碳酸鈣（ CaCO3 ）等。(2)微粒型污垢：海水中懸浮的固體顆粒如砂粒、灰塵、炭黑，在管道上積聚而形成的污垢。(3)化學(xué)反應(yīng)污垢：海水與管道之間，由于化學(xué)反應(yīng)而造成的沉積物形成。如腐蝕產(chǎn)生的氧化物等。(4)生物型污垢：是由微生物群體及其排泄物與化學(xué)污染物、泥漿等組分粘附在管道等壁面上形成的膠粘狀沉積物，稱生物型污垢。海水的水質(zhì)特點(diǎn)為了了解結(jié)垢原因，需要了解海水的成分。海水水質(zhì)的主要特點(diǎn)(1)含鹽量高，一般在35g/L左右；(2)腐蝕性大；(3)海水中動(dòng)、植物多；(4)海水中各種

4、離子組成比例比較穩(wěn)定（下表）(5)pH變化小，海水表層pH在8.18.3范圍內(nèi)，而在深層pH則為7.8左右。海水中主要離子成分結(jié)垢的主要原因 在各種結(jié)垢物中，析晶結(jié)垢是最主要的原因溶解度：在一定的溫度下，某物質(zhì)在100克溶劑里達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)所溶解的克數(shù),用字母s表示，通常溶解度指的是物質(zhì)在水里的溶解度。海水中溶解了各種離子，在海水淡化過程中，溶劑蒸發(fā)，海水濃縮，溶解在海水中的各種鹽類處于過飽和狀態(tài)，就會(huì)從海水中析出，沉寂下來(lái)就成為水垢。水垢為難溶無(wú)機(jī)鹽類，影響結(jié)垢的因素1、溫度的影響1、1 水溫升高 一些溶解鹽類的溶解度會(huì)降低，這樣它們有可能從海水中析出，成為水垢。這些溶解度隨溫度升高而降低的

5、鹽類有：碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣等。1、2 氣體溶解度：隨著溫度的升高，氣體溶解度降低。存在氧氣、二氧化碳的散失。在水中碳酸鈣與碳酸氫鈣存在著下述平衡關(guān)系： 二氧化碳散失，上述平衡將向生成碳酸鈣的方向移動(dòng)，碳酸鈣的溶解度遠(yuǎn)比碳酸氫鈣的溶解度小，達(dá)到或超過它的飽和濃度時(shí)即會(huì)生成垢。1、3溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速度加快，不溶鹽類的生成加速。影響結(jié)垢的因素2、海水流速的影響 流速較低，析出的無(wú)機(jī)鹽類就容易沉積下來(lái)，流速提高，沖刷能力提高，可以將污垢沖走，但流速過快會(huì)加速腐蝕。3、pH值的影響 pH值升高，污垢易形成，pH值降低，由于算的結(jié)垢物得腐蝕作用，不易形成結(jié)垢，但會(huì)使得管道鋼材腐蝕加劇。3、金屬腐蝕

6、金屬腐蝕一般定義為金屬受化學(xué)環(huán)境侵蝕所造成的一種蛻化行為，本質(zhì)原因是大多數(shù)金屬處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)。一般情況下，腐蝕是一種電化學(xué)過程，作為陽(yáng)極的金屬溶解，同時(shí)放出電子，這些電子被陰極過程吸收，從而導(dǎo)致金屬的不斷溶解。陰極反應(yīng)可以使放氫反應(yīng)，也可以是吸氧反應(yīng)。在陽(yáng)極或陰極的電化學(xué)過程如下：陽(yáng)極陰極金屬腐蝕的本質(zhì)原因金屬在自然或人為環(huán)境中發(fā)生腐蝕的原因，可以用化學(xué)熱力學(xué)來(lái)解釋。熱力學(xué)只研究反應(yīng)的可能性。任何化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行中如果釋放能量，即自由能降低，這種反應(yīng)就能自發(fā)地進(jìn)行。自由能降低值愈大，表示金屬腐蝕的自發(fā)傾向愈大，但熱力學(xué)只涉及反應(yīng)的傾向，與反應(yīng)速度無(wú)關(guān)。如下表所示，鋁、鎂、鉻在大氣中的腐蝕傾向

7、比鐵大，但實(shí)際上鐵的腐蝕速度比鋁、鎂、鉻快得多。這是因?yàn)楫?dāng)腐蝕開始不久，在鋁、鎂、鉻表面就生成了一層保護(hù)薄膜，使反應(yīng)幾乎停止，而鐵的腐蝕產(chǎn)物鐵銹，疏松又易脫落，腐蝕能以較大速度進(jìn)行。金屬在大氣中腐蝕反應(yīng)的自由能變化金屬在海水中腐蝕的特點(diǎn) 海水是典型的電解質(zhì)，金屬在海水中的腐蝕是典型的電化學(xué)腐蝕，其具有以下特點(diǎn)：1、海水中氯離子含量很高，因此大多數(shù)金屬如鐵、鋼、鑄鐵等，在海水中是不能建立鈍態(tài)的。海水腐蝕過程中，陽(yáng)極的阻止（陽(yáng)極極化率）很小，因而腐蝕速度相當(dāng)?shù)母?，在海水中提高?yáng)極阻滯的方法來(lái)提高耐蝕性是很有限的，普通的不銹鋼，在海水中的鈍化膜也是不穩(wěn)定的，不銹鋼中添加鉬，可以降低氯離子對(duì)鈍化膜的破

8、化作用，只有以鈦、鋯、鉭為基的少數(shù)合金在海水中才可以建立穩(wěn)定的鈍態(tài)。金屬在海水中腐蝕的特點(diǎn)2、絕大多數(shù)海水在海水中的腐蝕是以氧的去極化反應(yīng)進(jìn)行的。氧通過擴(kuò)散層到達(dá)金屬表面的速度是有限的，小于氧還原反應(yīng)的陰極反應(yīng)速度。一切有利于供氧的條件，將促進(jìn)鋼的腐蝕，對(duì)不銹鋼來(lái)說，可以促進(jìn)鈍化膜的穩(wěn)定，可減低鋼的腐蝕。3、海水的電導(dǎo)率很大，海水腐蝕的電阻性阻滯很小，所以，海水腐蝕中腐蝕微電池的活性很大，腐蝕宏電池的活性也很大。海水中金屬電化學(xué)腐蝕主要方式1、微電池腐蝕 金屬浸在海水中，由于金屬及合金表面物理化學(xué)性質(zhì)的微觀不均性，以及界面處海水物理化學(xué)性質(zhì)的微觀不均勻性，導(dǎo)致金屬-海水界面間電極電位分布的微觀

9、不均勻性，這就形成了無(wú)數(shù)腐蝕微電池，電極電位低的區(qū)域是陽(yáng)極區(qū)，發(fā)生鐵的氧化反應(yīng)，而在電極電位較高的區(qū)域是陰極區(qū)，發(fā)生氧的還原反應(yīng)。從而導(dǎo)致金屬的腐蝕，這種由微電池的電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的腐蝕成為微電池腐蝕，金屬在海水中的腐蝕大多以這種方式進(jìn)行。海水中金屬電化學(xué)腐蝕主要方式2、宏腐蝕 把兩種電極電位不同的金屬同時(shí)浸入海水中，并把兩種金屬用導(dǎo)線連通時(shí)久構(gòu)成了宏腐蝕電池。由于電偶作用，電極電位低的金屬腐蝕加速，這種現(xiàn)象稱為電偶腐蝕。由于腐蝕原電池是宏觀尺度的，又稱為宏電池腐蝕。 宏腐蝕也可能發(fā)生在同一個(gè)金屬上，當(dāng)金屬表面各處的海水溫度不同時(shí)，便產(chǎn)生溫差電池腐蝕，當(dāng)金屬表面各處海水含氧量不同時(shí)，便產(chǎn)生氧濃差

10、電池腐蝕，金屬結(jié)構(gòu)成型時(shí)，各部分塑性變形不均勻性也會(huì)產(chǎn)生宏電池腐蝕。海水腐蝕行為按腐蝕速度分類第一類金屬的腐蝕速度受陰極過程控制，這類金屬在海水中不發(fā)生鈍化，陽(yáng)極極化率很小，腐蝕受氧的擴(kuò)散控制，增加含氧加速氧的擴(kuò)散會(huì)增加腐蝕速度。碳鋼、低合金鋼等屬于這一類。第二類金屬的腐蝕速度受表面鈍化膜的控制，這類材料有鈦、鎳基合金、不銹鋼、鋁合金等，這是一些在海水中能自鈍化的金屬，其腐蝕速度主要決定于鈍化膜的穩(wěn)定性。當(dāng)供氧不足時(shí)，鈍化膜容易破壞而發(fā)生孔蝕等局部腐蝕。碳鋼在含氯環(huán)境中腐蝕的過程圖1）碳鋼在含氯離子的環(huán)境中形成銹層的物相組成有 2） 晶體生長(zhǎng)速度快，顆粒大，結(jié)垢疏松易脫落3）銹層沒有保護(hù)作用，

11、腐蝕速度較穩(wěn)定。不銹鋼耐蝕原因不銹鋼含鉻量很高(11%,常見的316型不銹鋼的含鉻來(lái)量是16%-18%)，用鉻對(duì)鋼進(jìn)行合金化處理時(shí)，可以把表面氧化物的類型改變成了類似于純鉻金屬上形成的表面氧化物。這種緊密粘附的富鉻氧化物保護(hù)表面，防止進(jìn)一步地氧化。如果損壞了表層，所暴露出的鋼表面會(huì)和氣體中的氧氣反應(yīng)進(jìn)行自我修復(fù)，重新形成這種“鈍化膜”，繼續(xù)起保護(hù)作用。海水中溶有氧，為不銹鋼建立鈍態(tài)提供了氧條件，但海水中溶解的大量的氯離子對(duì)鈍化膜的破壞十分強(qiáng)烈，這就決定了大多數(shù)不銹鋼在海水中只能建立不穩(wěn)定的鈍態(tài)。為什么氯離子會(huì)影響不銹鋼的耐蝕性呢？WHY?常見316、317不銹鋼成分表氯離子對(duì)不銹鋼腐蝕的機(jī)理

12、氯離子的活化作用對(duì)不銹鋼氧化膜的建立和破壞均起著重要作用。至今人們對(duì)氯離子如何使鈍化金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨癄顟B(tài)的機(jī)理還沒有定論,但大致可分為兩種觀點(diǎn)。1、成相膜理論的觀點(diǎn)：由于氯離子半徑小,穿透能力強(qiáng),故它最容易穿透氧化膜內(nèi)極小的孔隙,到達(dá)金屬表面,并與金屬相互作用形成了可溶性化合物,使氧化膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,金屬產(chǎn)生腐蝕。氯離子對(duì)不銹鋼腐蝕的機(jī)理2、吸附理論則：氯離子破壞氧化膜的根本原因是由于氯離子有很強(qiáng)的可被金屬吸附的能力,它們優(yōu)先被金屬吸附,并從金屬表面把氧排掉。因?yàn)檠鯖Q定著金屬的鈍化狀態(tài),氯離子和氧爭(zhēng)奪金屬表面上的吸附點(diǎn),甚至可以取代吸附中的鈍化離子與金屬形成氯化物,氯化物與金屬表面的吸附并不穩(wěn)

13、定,形成了可溶性物質(zhì),這樣導(dǎo)致了腐蝕的加速。 電化學(xué)方法研究不銹鋼鈍化狀態(tài)的結(jié)果表明,氯離子對(duì)金屬表面的活化作用只出現(xiàn)在一定的范圍內(nèi),存在著一個(gè)特定的電位值,在此電位下,不銹鋼開始活化。這個(gè)電位便是膜的擊穿電位,擊穿電位越大,金屬的鈍態(tài)越穩(wěn)定。因此,可以通過擊穿電位值來(lái)衡量不銹鋼鈍化狀態(tài)的穩(wěn)定性以及在各種介質(zhì)中的耐腐蝕能力。海水腐蝕的影響因素含鹽量的影響電導(dǎo)率的影響溶解物質(zhì)-氧、二氧化碳酸鹽的影響pH值得影響溫度的影響流速的影響海水腐蝕的影響因素1、含鹽量影響電導(dǎo)率 含鹽量增加，電導(dǎo)率增加，含氧量降低，在某含鹽量時(shí)存在一個(gè)腐蝕速度最大值。2、電導(dǎo)率的影響 海水的電導(dǎo)率主要決定與海水的鹽度和溫度

14、，增加鹽度或升高溫度都會(huì)使海水電導(dǎo)率增加。電導(dǎo)率好，微電池、宏電池活性大，腐蝕加速。3、溶解物質(zhì)的影響 隨著海水鹽度和溫度的提高，海水中含氧量降低，不發(fā)生鈍化的金屬腐蝕減慢，發(fā)生鈍化金屬腐蝕加快，因?yàn)楸Ｗo(hù)膜不穩(wěn)定。4、pH值得影響 pH值升高，有利于抑制海水對(duì)鋼的腐蝕，海水腐蝕的影響因素5、溫度的影響 溫度升高，會(huì)加速陰極和陽(yáng)極過程的反應(yīng)速度，氧的擴(kuò)散速度增加，海水電導(dǎo)率增大，促進(jìn)腐蝕過程，另一方面，溫度升高，氧的溶解度降低，同時(shí)促進(jìn)保護(hù)性鈣質(zhì)水垢生成，又會(huì)減緩鋼在海水中的腐蝕，所以溫度對(duì)腐蝕的影響比較復(fù)雜。海水沖刷腐蝕隨溫度的升高而增加6、流速的影響 流速增加，氧擴(kuò)散加速；沖刷力增加。一定的流速可以沖走污垢等；流速超過某一臨界值，金屬表面的腐蝕產(chǎn)物膜被沖刷掉，金屬基體也收到機(jī)械性損傷，在腐蝕和機(jī)械力的作用下，鋼的腐蝕急劇增加。流速低時(shí)，沖刷、磨蝕可忽略，主要是電化學(xué)腐蝕，對(duì)于在海水中不鈍化的金屬，流速增加，