船用B10铜镍弯管冲刷腐蚀行为研究

作     者：杨湘愚 

作者单位：广东工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：关蕾;闫德俊

授予年度：2022年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 082402[工学-轮机工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：B10铜镍弯管 冲刷腐蚀 数值模拟 阵列电极 BTA(苯并三氮唑)缓蚀剂 

摘      要：随着“海洋强国战略目标的逐步实施及海洋油气资源开发需求的升级,我国船舶工业迅速发展,而船舶的海水管路系统承担着动力、冷却、消防等重要功能,是保证船舶正常航行的重要工作单元。由于海洋环境复杂,海水管路系统常用的B10铜镍管路在长期传输含砂海水的情况下,因冲刷腐蚀产生的泄露问题较为严重,特别是在海水流动状态发生改变的90°弯管处,短时间内泄露频发,此类事故造成了严重的经济损失和安全隐患。目前,弯管冲刷腐蚀的研究仍局限于整体冲刷腐蚀概况,对于弯管不同位置的局部冲刷腐蚀行为差异缺乏系统性认识与定量研究,冲刷腐蚀随时间的演化规律尚不明确。因此本论文开展的B10铜镍弯管冲刷腐蚀行为研究不仅具有实际的工程价值,也能为管路的腐蚀与防护提供一定理论参考。本论文以船用B10铜镍弯管为研究对象,通过计算流体力学（CFD）、阵列电极技术、电化学测试及微观形貌表征等测试方法,对B10铜镍弯管的冲刷腐蚀行为进行了系统研究,阐明了弯管冲刷腐蚀行为随时间和空间的变化规律,揭示了弯管内外侧不同空间位置冲刷腐蚀差异及本质,同时探讨了BTA缓蚀剂对铜镍合金在含砂海水中冲刷腐蚀的抑制作用。主要研究工作如下:（1）通过CFD数值模拟研究了B10铜镍90°弯管的冲刷腐蚀行为,结果表明,在单相流下,弯管内侧流速较快,且内侧出口的二次流现象明显,弯管内侧出口处是冲刷腐蚀的危险区域;液固两相流条件下,不同因素对弯管冲刷腐蚀影响的顺序依次为:B（入口流速）A（管径）E（砂粒质量流量）D（砂粒直径）C（液体流向）当B为5 m/s、A为30 mm、E为0.03 kg/s、C液体流向为水平竖直向上、D为500μm时,冲刷腐蚀速率达到最大值,约为3.4 mm/a,发生泄露的危险区域集中在弯管外侧及外侧出口处（弯管轴向角θ=60°～90°,径向角度φ=180°）。（2）基于数值模拟结果,利用阵列电极、电化学测试方法及管流式循环实验装置进行B10铜镍弯管的冲刷腐蚀实验,定量确定弯管不同位置的冲刷腐蚀速率分布。结果表明:沿着弯管流动方向,各个阵列电极的冲刷腐蚀速率逐渐增加,内侧电极的冲刷腐蚀速率普遍低于外侧,在弯管外侧出口处（5号电极）冲刷腐蚀速率达到最大值,实验结果与数值模拟在弯管冲刷腐蚀分布规律上具有较好的一致性。（3）从实际管路腐蚀防护的可行性出发,利用阵列电极研究了在冲刷腐蚀条件下,BTA（苯并三氮唑）缓蚀剂对B10铜镍弯管的缓蚀效果,实验结果表明,BTA缓蚀剂能有效降低电极的腐蚀电流密度,抑制电极的冲刷腐蚀,并且能达到较高的缓蚀效率。