无霜空气源热泵室外碳钢换热器防腐缓蚀剂研究

作     者：艾广杰 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：倪龙

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 081404[工学-供热、供燃气、通风及空调工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：空气源热泵 无霜热泵 碳钢换热器 腐蚀 缓蚀剂 

摘      要：在化石能源日益紧缺的今天,中国积极实施可持续发展战略,取得了显著的成效。其中热泵技术就是重要的节能技术之一。空气源热泵以其广泛的热量来源、易于安装使用的特点得到快速发展,为推动整个社会节能减排做出了重大贡献。但是空气源热泵冬季结霜问题成为了制约其发展的瓶颈,制冷公司创造性利用甲酸钠溶液的冰点低,价格低廉的优势,采用溶液喷淋的方式解决了空气源热泵结霜的问题,但是又引入了新的问题——甲酸钠溶液对碳钢换热器有较强的腐蚀性,将碳钢换成不锈钢投资成本大,不易集成。因此希望找到一种防腐方法,来延缓这种腐蚀,保留碳钢换热器的优良性能。在腐蚀介质溶液中添加缓蚀剂是一种经济、简便的防腐方法。首先通过对室外露天环境下,15%的甲酸钠溶液中碳钢换热器的腐蚀进行分析,梳理出本工况下碳钢、甲酸钠介质的性质以及企业诉求;然后调研文献查找出相近工况下,常用的四种绿色环保、无机高效的缓蚀剂——钼酸钠、硫酸锌、硅酸钠、六偏磷酸钠;随后进行静态失重法预实验,筛选出有明显作用的两种,分别为钼酸钠和硅酸钠,还有一种用于复配的硫酸锌。接着在15%的甲酸钠溶液中进行钼酸钠、硅酸钠和硫酸锌的不同浓度静态挂片缓蚀实验,浓度分别为5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L、25mg/L、30mg/L,空白对照组为0mg/L,结果表明:钼酸钠对15%甲酸钠中的碳钢的缓蚀效果随钼酸钠浓度的升高而升高,在30mg/L时相对缓蚀率达到57.4%;硅酸钠对15%的甲酸钠中的碳钢缓蚀率随着浓度的增加先升高后降低,在25mg/L时达到最大,缓蚀率为65.1%。第三步是依据缓蚀剂协同效应理论,对上述三种缓蚀剂复配的可能性进行分析,提出两两组合和三个组合的复配方案,并且对其中钼酸钠和硅酸钠进行一组复配验证,结果表明:硅酸钠:钼酸钠为15mg/L:5mg/L时,二者缓蚀率为61.3%,相对缓蚀率是同浓度下硅酸钠单独作用的1.3倍,是同浓度下钼酸钠单独作用的1.8倍。另外本文以使用硅酸钠缓蚀剂为例,针对长江中下游地区,对采用碳钢换热器、不锈钢换热器和加注缓蚀剂防腐三种方案进行了对比分析,结果表明加注缓蚀剂具有明显的经济性优势。每台11kw的无霜空气源热泵机组,采用硅酸钠缓蚀剂防腐,在碳钢换热器寿命期内,每年可节省约2391.43元人民币。