太陽(yáng)能換熱系統(tǒng)的腐蝕及預(yù)防
發(fā)布時(shí)間：2015-06-09 點(diǎn)擊量：2858
（中國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)資訊網(wǎng)薦）金屬材料受周圍介質(zhì)的作用而損壞，稱為金屬腐蝕。腐蝕時(shí)，在金屬的界面上發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)多相反應(yīng)，使金屬轉(zhuǎn)入氧化（離子）狀態(tài)，即金屬單質(zhì)被氧化形成化合物。這種腐蝕過(guò)程一般通過(guò)兩種途徑進(jìn)行：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。化學(xué)腐蝕指金屬表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕；電化學(xué)腐蝕指金屬材料與電解質(zhì)溶液接觸，通過(guò)電極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕。
目前，大部分間接式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的金屬材質(zhì)主要為紫銅、黃銅、碳鋼、不銹鋼和鋁。下面就每種材質(zhì)的腐蝕問(wèn)題逐項(xiàng)說(shuō)明。
1銅的腐蝕及預(yù)防
換熱系統(tǒng)中用到的銅分為紫銅和黃銅，紫銅通常為純銅，黃銅為銅鋅合金。紫銅具有良好的導(dǎo)熱性、焊接性、柔韌性和耐蝕性，黃銅色澤美觀，具有良好的工藝和力學(xué)性能，導(dǎo)熱性較高，在大氣、淡水和海水中耐腐蝕，易切削拋光。
在電化學(xué)順序中，銅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為+0.35V，其熱力學(xué)穩(wěn)定性較高，不會(huì)發(fā)生氫的去極化反應(yīng)，被列為耐腐蝕金屬之一，但是在濕度較高、腐蝕性介質(zhì)中，銅會(huì)發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。銅合金表現(xiàn)出比純銅更高的耐腐蝕性，銅合金在一般介質(zhì)中以均勻腐蝕為主，在有氨存在的溶液中有較強(qiáng)的腐蝕敏感性，也存在電偶腐蝕、點(diǎn)蝕和磨損腐蝕等局部腐蝕形式。黃銅脫鋅是銅合金獨(dú)有的腐蝕形式，但黃銅發(fā)生此種腐蝕的幾率很小。
預(yù)防措施：
1）保持溶液適度堿性，避免酸化；2）添加高效銅專用有機(jī)緩蝕劑以降低腐蝕率；3）避免導(dǎo)熱介質(zhì)溶液中含有能使銅發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)的離子，即在體系內(nèi)避免NH4+等離子的存在；4）降低導(dǎo)熱介質(zhì)溶液中氧含量。
2碳鋼的腐蝕及預(yù)防
碳鋼在酸性條件下易發(fā)生腐蝕，在堿性條件下較穩(wěn)定，但也會(huì)發(fā)生如下幾種腐蝕：1）均勻腐蝕，表現(xiàn)為與導(dǎo)熱介質(zhì)接觸的整個(gè)金屬表面上幾乎以相同的速度進(jìn)行腐蝕，少數(shù)碳鋼如10CrMoAl的腐蝕為此狀態(tài)，該種腐蝕不可完全避免，但可以降低腐蝕速率；2）局部腐蝕，表現(xiàn)為點(diǎn)蝕或蜂窩狀腐蝕，形成原因是受局部微電池作用的結(jié)果；3）電偶腐蝕，如果太陽(yáng)能系統(tǒng)為夾套式換熱，那碳鋼與銅管有可能形成電偶腐蝕，這是由于不同電極電位的兩種金屬在導(dǎo)熱介質(zhì)電解質(zhì)溶液中相互接觸時(shí)產(chǎn)生電位差，而構(gòu)成宏電池導(dǎo)致腐蝕。
預(yù)防措施：
1）控制導(dǎo)熱介質(zhì)的pH 值在9~11之間，保證碳鋼環(huán)境穩(wěn)定；2）選用易發(fā)生均勻腐蝕的碳鋼牌號(hào)，避免使用易發(fā)生點(diǎn)蝕的碳鋼牌號(hào)；3）添加特效碳鋼專用緩蝕助劑，抑制腐蝕發(fā)生；4）在與銅管連接時(shí)，盡量做到絕緣，降低電偶腐蝕發(fā)生的概率。
3不銹鋼的腐蝕及預(yù)防
大家普遍認(rèn)為不銹鋼有良好的防腐蝕性，但在氯離子存在情況下，這一觀念被徹底顛覆。不銹鋼在堿性導(dǎo)熱介質(zhì)中可能發(fā)生腐蝕的基本特征為局部腐蝕，腐蝕狀態(tài)主要有點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕兩種。腐蝕是由大面積鈍化狀態(tài)表面為陰極區(qū)與局部無(wú)鈍化表面為陽(yáng)極區(qū)組成閉塞電池體系，由氯離子對(duì)不銹鋼鈍化膜的破壞作用引起。
對(duì)于奧氏體不銹鋼而言，氯離子是其最大殺手，形成腐蝕的原因?yàn)槁入x子破壞不銹鋼的鈍化膜氧化鉻，由于氯離子有很強(qiáng)的被金屬吸附的能力，它們優(yōu)先被金屬吸附，并從金屬表面把氧排掉，形成可溶性的金屬氯化物，加速腐蝕，使其在基底金屬上生成孔徑為20~30μm 的小蝕坑，孔蝕一旦形成，即向深處自動(dòng)加速。縫隙腐蝕與坑點(diǎn)腐蝕機(jī)理一樣，由于縫隙中閉塞電池的作用，導(dǎo)致氯離子富集而出現(xiàn)腐蝕。這類腐蝕一般發(fā)生在法蘭墊片、搭接縫、螺栓螺母的縫隙，及換熱管與管板孔縫隙部位，縫隙腐蝕與縫隙中靜止溶液的濃縮有很大關(guān)系，一旦有了縫隙腐蝕環(huán)境，其誘導(dǎo)應(yīng)力腐蝕的幾率較高。
對(duì)于奧氏體不銹鋼在氯離子環(huán)境下的腐蝕，各種權(quán)威書籍均有嚴(yán)格要求，氯離子含量要＜25×10-6，否則就會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕、孔蝕和晶間腐蝕。
預(yù)防措施：
1）嚴(yán)格控制導(dǎo)熱介質(zhì)的氯離子濃度，必須＜25×10-6；2）加入特效有機(jī)緩蝕助劑，增加鈍化膜的穩(wěn)定性或有利于受損鈍化膜得以再鈍化；3）采用外加陰極電流保護(hù)，抑制孔蝕。
4鋁的腐蝕及預(yù)防
鋁是一種活潑金屬，極易和空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氧化鋁，氧化鋁在鋁合金表面結(jié)一層灰色致密薄膜，這層薄膜十分堅(jiān)固，能使里面的金屬和外界完全隔開，從而保護(hù)內(nèi)部的鋁不再受空氣中氧氣的侵蝕。但是，鋁和氧化鋁薄膜能和許多酸性或堿性物質(zhì)起反應(yīng)而被腐蝕，在中性環(huán)境下較穩(wěn)定。在太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中，其潛在的腐蝕有以下幾種：1）點(diǎn)蝕，是陽(yáng)極反應(yīng)的一種獨(dú)特形式，是一種自催化過(guò)程；2）均勻腐蝕，在酸性過(guò)大或堿性過(guò)大的介質(zhì)中，其表面的氧化膜發(fā)生反應(yīng)溶解，速度均勻，溶液溫度越高，腐蝕越厲害；3）晶間腐蝕，在導(dǎo)熱介質(zhì)中，鋁合金的晶間腐蝕多發(fā)生在蝕坑內(nèi)側(cè)，腐蝕沿晶間向縱橫方向發(fā)展，有時(shí)還會(huì)形成隧道狀；4）電偶腐蝕，鋁的標(biāo)準(zhǔn)電極電位-1.18V，與不銹鋼、碳鋼、銅這三種金屬的電位差均超過(guò)了0.25V，因鋁易失去電子而發(fā)生電化學(xué)腐蝕。
預(yù)防措施：
1）導(dǎo)熱介質(zhì)的pH值不宜偏大，控制在7~8為宜；2）連接集熱板和水箱時(shí)一定要絕緣，切斷形成宏電池的電子通道，抑制電偶腐蝕的發(fā)生；3）添加適宜的緩蝕助劑，降低腐蝕的發(fā)生。然而，在太陽(yáng)能行業(yè)鋁合金材質(zhì)是最易腐蝕的金屬，建議慎用。
以上講的是浸泡在導(dǎo)熱介質(zhì)溶液的金屬表面的緩蝕應(yīng)對(duì)措施，對(duì)于夾套或者銅管內(nèi)預(yù)留的膨脹空間部分，因?yàn)檠鯕獾拇嬖冢@一部分發(fā)生腐蝕的概率更大，唯一可采取的措施就是用惰性的氮?dú)鈱⒖諝膺M(jìn)行置換并完全密封換熱系統(tǒng)，隔絕氧氣降低腐蝕發(fā)生的可能性。
綜上所述，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)專用導(dǎo)熱介質(zhì)在設(shè)計(jì)配方時(shí)應(yīng)該針對(duì)系統(tǒng)本身所具有的材質(zhì)添加如下專用緩蝕劑：紫銅緩蝕劑、黃銅緩蝕劑、碳鋼緩蝕劑和不銹鋼緩蝕劑，保證溶液pH 值在8~11之間并具有較強(qiáng)的緩沖能力，控制氯離子濃度在20×10-6以下，使導(dǎo)熱介質(zhì)具有很強(qiáng)的緩蝕能力。
導(dǎo)熱介質(zhì)的防腐蝕能力應(yīng)該符合如下要求：
玻璃器皿腐蝕（88℃±2℃，336±h，試片變化值：mg/片）
紫銅-5~+5
黃銅-5~+5
碳鋼-10~+10
不銹鋼（304） -10~+10
鑄鋁-30~+30
平板太陽(yáng)能體系中一般沒(méi)有該材質(zhì)，如有可對(duì)這一指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，從該項(xiàng)指標(biāo)的范圍可以看出鑄鋁是否容易受腐蝕。
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