混合碳酸盐腐蚀性的实验研究.pdfVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：093319 混合碳酸盐腐蚀性的实验研究 胡青松 吴玉庭 刘斌 马重芳 刘林顶 (北京工业大学环境与能源工程学院传热强化与过程节能教育部重点实验室及 传热与能源利用北京市重点实验室, 北京 100124) （TelEmail:hqs@emails.bjut.edu.cn） 摘要：与混合硝酸熔盐相比，混合碳酸盐使用温度可高达 800℃，是今后高参数太阳能热发电和制 氢系统可能的传热蓄热介质之一。本文选择304、310S、321 三种常用不锈钢浸泡在混合碳酸盐中， 进行了为期15 天的腐蚀性测试，获得了三种不锈钢的增重曲线和腐蚀动力学曲线，结果表明：三种 不锈钢表面都会生成一层保护层，保护不锈钢基体；碳酸盐对304 和321 的腐蚀情况相当，310S 的 腐蚀状况远小于304 和321；碳酸盐对不锈钢的腐蚀远低于氯化盐，但高于硝酸盐。 关键词： 混合碳酸盐 腐蚀 不锈钢 腐蚀动力学 1 引言 传热和蓄热问题是太阳能热发电系统的主要问题之一，早期的传热、蓄热工质主 要有水蒸气[1] [2] [3] 、导热油 、液态金属 等，由于水蒸气在工作过程中处于临界状态，压 力非常高（10.3MPa），以及导热油和液态金属的价格、应用温度和安全问题，使价格 低廉、换热性能好、应用温度范围大的熔融盐受到人们的关注[4,5] ，特别是混合硝酸盐 在Solar Two 的成功运行为熔融盐工质应用开辟了广阔的应用前景。 为了进一步提高太阳能热发电的效率和降低太阳能发电成本，高参数太阳能热发 电是今后太阳能热发电的发展趋势。聚光太阳能热化学利用也是目前国外研究的热点。 不管是聚光太阳能热发电还是聚光热化学利用，迫切需要使用温度 600℃以上的传热 蓄热工质。实验证明：三元混合碳酸盐（碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂）的液体温度范围 在400～850℃范围[6] ，能够满足上述这些高温传热蓄热的要求。碳酸盐传热蓄热系统 涉及管路、换热器、蓄热罐等多个设备，这些管路设备材料的选择需要掌握金属材料 与混合碳酸盐的相容性，也就是需要研究熔盐对金属材料的腐蚀性。国内外对于二元 或三元混合碳酸盐与LiAlO [7]混合及通入CO 和O [8,9]气体条件下的电化学腐蚀已经进 2 2 2 行了研究，但三元混合碳酸盐对奥氏体不锈钢的腐蚀情况还未见报道，本实验采用工 业级碳酸盐，研究三元混合熔融盐盐在 700℃，空气气氛中对种奥氏体不锈钢的腐蚀 特性，为今后的工程应用提供借鉴。 2 实验介绍 2.1 实验材料选择 腐蚀用碳酸盐是将工业碳酸钠、碳酸钾和碳酸锂三种碳酸盐按照摩尔比 30.6 ： 26.8 ：42.5 的比例配置的混合碳酸盐，三种碳酸盐的主要成分见表 1,其中碳酸锂熔点 为618℃，碳酸钠熔点为851℃，碳酸钾熔点为891℃，混合后熔点为393℃[10]。 基金项目：国家973 项目（2009CB220006 ） 不锈钢实验件选用常用的奥氏体不锈钢，具型号及性能如下： 304 不锈钢属于低碳奥氏体型不锈耐酸钢，具有较好的抗晶间腐蚀性能和优良的 腐蚀性能及冷加工性能。此钢对氧化性酸（如硝酸）具有较强的抗腐蚀性，对碱溶液 及大部分有机酸和无机酸亦有一定的抗腐蚀能力。 310S 不锈钢的铬和镍含量高，有良好的耐腐蚀性。 321 不锈钢属于奥氏体型不锈耐酸钢。钢中加入钛后，使钢具有较高的抗晶间腐 蚀能力，在不同浓度、不同温度的一些有机酸中、尤其氧化性介质中，这种钢具有良 好的耐腐蚀性能。 腐蚀实验持续360 小时，加热12 小时，冷却12 小时，如此反复进行，实验点取 加热冷却24 、72、168、264 、360 小时，实验件在冷却结束未加热时取出。腐蚀之前、 腐蚀之后分别用显微镜放大100 倍拍照，观察腐蚀前后的形貌，三种不锈钢的具体成 分见表2 。 表1