浅析间接式太阳能换热系统缓蚀与导热介质选择.docVIP

浅析间接式换热系统的缓蚀及导热介质选择 田胜军 济南鼎隆化工科技有限公司 摘要：本文针对间接式太阳能热水器的换热系统各个环节进行了全面论述，指出了系统中存在的金属材质，分析了腐蚀发生的原因并提出了应对措施；在目前没有任何标准可依据的情况下，本文全面阐述了太阳能专用导热介质应具备的性能和衡量标准，总结得出导热介质应当为集环保、长效、阻垢、防腐、缓蚀、防冻、防沸、低泡、热稳定性好和导热效率高等多种优异性能为一体的换能液；针对良莠不齐的导热介质，本文进行了详细对比和鉴别，以期能为广大同仁提供有益的参考和帮助。 众所周知，在我国的太阳能行业中真空管式太阳能热水器占有绝对优势，间接式太阳能热水器所占市场份额很小，这一特点不同于全球太阳能市场中平板式太阳能热水器占据主流的现象，十分具有中国特色。但近几年来这一局势正在发生着深刻变化，间接式太阳能热水器得到了快速发展，而普通的真空管式太阳能热水器市场份额下滑速度非常之快超乎寻常，综其原因有以下几点：一是我国的地少人多的国情决定了城镇化过程中必须要走高层住宅的道路，既保障了住房这一民生需要，又实现了节约用地，提高了土地的利用效率，高层住宅的大量兴建必然限制了太阳能一体机的使用，只能在平板式（或分体式）太阳能这一选项上做出抉择；二是我国空气污染严重，太阳能与建筑一体化是节能减排和改善大气环境的一项重要举措，因平板式太阳能具有平面结构、良好的承压性能、系统稳定、安全耐用、易与建筑物美观性相统一等特点，决定了其将取代一体机占据主流的必然趋势；三是平板太阳能热水器经过了几十年的发展，技术已经更趋成熟和完善，热效率有了大幅度的提高，我国的平板式太阳能热水器迎来了长足发展的黄金时期。 随着间接式（平板式或真空管式）太阳能热水系统的迅猛发展和普及，很多大家以前意识中没有概念的问题摆在了面前，比如如何选择间接式换热系统金属材质、换热系统中金属存在什么样的腐蚀、如何对腐蚀进行预防以及如何选择适宜的导热介质等等。本文将从以下三个方面来阐述间接式太阳能换热系统的腐蚀及解决方案：首先，对整个系统中存在的金属材质逐一剖析，说明腐蚀原因并提出预防措施；其次，列举换热系统所用的导热介质应该具备的性能和衡量标准；最后，对各种不同的导热介质（或称防冻液）进行对比，为大家在选择工作介质时提供有益的参考和帮助。 一、换热系统的腐蚀及预防 金属材料受周围介质（对于太阳能系统而言，介质既包括导热介质又包括空气）的作用而损坏，称为金属腐蚀。腐蚀时，在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应，使金属转入氧化（离子）状态，从根本上来说就是金属单质被氧化形成化合物，如铁制品生锈（Fe2O3·xH2O），铝制品表面出现白斑（Al2O3），铜制品表面产生铜绿[Cu2(OH)2CO3]，银器表面变黑（Ag2S,Ag2O）等都属于金属腐蚀。这种腐蚀过程一般通过两种途径进行：化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀指金属表面与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀；电化学腐蚀指金属材料（合金或不纯的金属）与电解质溶液接触，通过电极反应产生的腐蚀。 目前，大部分间接式太阳能热水系统的金属材质主要为紫铜、黄铜、碳钢和不锈钢；有少数厂家为了节约成本使用铝压铸流道的集热板，但这不是主流，存在很多隐患。下面就每种材质的腐蚀问题逐项说明。 1、铜的腐蚀及预防 在换热系统中用到的铜分为紫铜和黄铜，紫铜通常为纯铜，黄铜为铜锌合金（铜的含量超过80%）。紫铜具有良好的导热性、焊接性、柔韧性和耐蚀性，黄铜色泽美观，具有良好的工艺和力学性能，导热性较高，在大气、淡水和海水中耐腐蚀，易切削和抛光。 在电化学顺序中，铜的标准电极电位为+0.35V，其热力学稳定性较高，不会发生氢的去极化反应，被列为耐腐蚀金属之一，但是在湿度较高、腐蚀性介质（如含二氧化硫的空气、含氧的水、氧化性酸以及在含有CN-、NH4+ 针对以上情况，预防铜发生腐蚀应该采取如下措施：（1）2）（3）NH4+等离子的存在；（4） 2、碳钢的腐蚀及预防 碳钢在酸性条件下容易发生腐蚀，在碱性条件下较稳定，但也会存在如下几种腐蚀的可能性：（1）10CrMoAl的腐蚀为此状态，该种腐蚀不可完全避免，但可以降低腐蚀速率；（2）（3） 预防措施：（1）pH值在9-11之间，以保证碳钢的稳定环境；（2）（3）（4） 3、 从大家的观念中以为不锈钢有着良好的防腐蚀效果，要优于碳钢，但是在氯离子存在的情况下，这一观念被彻底颠覆了。不锈钢在碱性导热介质中可能发生的腐蚀基本特征为局部腐蚀，腐蚀状态主要有点蚀和缝隙腐蚀两种。腐蚀是由大面积钝化状态表面为阴极区与局部无钝化表面为阳极区组成闭塞电池体系，由氯离子对不锈钢钝化膜的破坏作用而引起的。 对于奥氏体不锈钢（304属于此种类型）而言，氯离子可谓是其最大杀手，形成腐蚀