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地源热泵系统中铜镍合金和不锈钢耐腐蚀性研究

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地源热泵系统中铜镍合金和不锈钢耐腐蚀性研究

作者：常钦鹏中国海洋大学

学位级别：硕士

地源热泵由于具有高效、节能、环保等优点，在我国得到推广应用。地源热泵分为土壤源热泵和地下水源热泵两种。地下水源热泵直接提取地表水或地下水进行热量传递，受水质、水位影响较大。而土壤源热泵采用闭式系统，在深埋于地下的封闭... 详细信息

地源热泵由于具有高效、节能、环保等优点，在我国得到推广应用。地源热泵分为土壤源热泵和地下水源热泵两种。地下水源热泵直接提取地表水或地下水进行热量传递，受水质、水位影响较大。而土壤源热泵采用闭式系统，在深埋于地下的封闭塑料管内注入循环介质，通过换热器与土壤交换能量。热泵系统中金属腐蚀与防护问题成为滨海区地源热泵能否持续、稳定、高效运行的关键。大多数研究集中于工业循环水对金属腐蚀的影响，而针对地源热泵系统相关的腐蚀研究较少。本文采用地源热泵换热系统常用的两种耐蚀合金材料：B30铜镍合金和316L不锈钢。通过分别向水溶液中添加NaCl、Na2SO4、NaHCO3来模拟滨海区的地下咸水，采用电化学测试的方法探究不同阴离子之间的协同作用对上述两种合金的腐蚀影响;并通过添加缓蚀剂、植酸自组装膜等腐蚀防护方法提高两种合金的耐蚀性。以便根据地下水成分和浓度的不同，选择该环境下耐蚀的合金和防护方法。（1）地下水阴离子对两种金属腐蚀试验本文以Cl-为中心，通过复配SO42-、HCO3-来测试地下水不同阴离子的协同作用对B30铜镍合金与316L不锈钢腐蚀的影响。结果表明：随着Cl-浓度的增大，B30铜镍合金与316L不锈钢的膜电阻均降低，自腐蚀电流密度增大，耐腐蚀性下降。低浓度的SO42-抑制了Cl-对B30铜镍合金表面膜的破坏，增强其耐蚀性，高浓度的SO42-反而对B30铜镍合金表面膜有破坏作用;而316L不锈钢的规律恰好相反。HCO3-浓度的增大促进Cl-对B30铜镍合金表面膜的破坏;低浓度的HCO3-抑制了Cl-对316L不锈钢钝化膜的破坏，而HCO3-浓度大于1g/L时其浓度的增大对316L不锈钢钝化膜有破坏作用。三种阴离子共存时两种金属的腐蚀均加剧。（2）缓蚀剂试验B30铜镍合金传热效率高，常使用于地源热泵系统的换热管或换热板。对于闭式热泵系统可以采用向循环介质中添加缓蚀剂的方法来抑制B30铜镍合金腐蚀。由于缓蚀剂可以吸附于金属表面形成保护膜将金属基体与循环介质和氧气隔离，因此随着缓蚀剂苯并三氮唑（BTA）浓度的增大，缓蚀率先增大而后达到稳定，此时缓蚀剂分子已完全覆盖金属表面。当加入防冻液乙二醇后，BTA缓蚀剂与乙二醇的协同作用使缓蚀率进一步提高。经BTA复配研究表明，采用复合缓蚀剂，利用不同缓蚀剂之间的协同作用可以有效抑制B30铜镍合金的腐蚀。（3）植酸自组装膜试验在地下水源热泵系统中如采用添加缓蚀剂的方法来抑制金属腐蚀，不但会大大加重经济成本，而且出水会污染环境。因此，有必要采用自组装膜的方法在金属表面形成一层保护膜。本文系统研究了自组装膜缓蚀率随植酸浓度、自组装时间和钼酸盐添加量的变化规律。研究表明，B30铜镍合金与316L不锈钢的自组装膜缓蚀率均随植酸浓度和自组装时间的增大先升高后降低。向植酸自组装液中添加钼酸钠后缓蚀率得到进一步提高，得到钼酸钠最佳添加量：对B30铜镍合金而言，最佳添加量为50mg/L;而316L不锈钢最佳添加量为100mg/L。（4）滨海区地源热泵的腐蚀防护对于土壤源热泵闭式系统可采用添加缓蚀剂的方法抑制循环系统内的金属腐蚀，因此闭式系统多采用导热性较高且耐蚀性较好的B30铜镍合金。而对于地下水源热泵，由于滨海区地下咸水对金属腐蚀严重，因此换热系统需要采用耐蚀性更高的316L不锈钢，或者采用在B30铜镍合金或316L不锈钢表面形成自组装膜以减缓地下咸水对金属的腐蚀。

关键词：地下咸水 B30铜镍合金 316L不锈钢缓蚀剂自组装膜

B30铜镍合金表面植酸转化膜的制备工艺研究

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材料导报 2019年第23期33卷 3876-3881页

作者：常钦鹏陈友媛安振东王磊中国海洋大学环境科学与工程学院青岛266100 中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室青岛266100 中国海洋大学山东省海洋环境地质工程重点实验室青岛266100 青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司青岛266101 青岛市市政工程设计研究院有限责任公司青岛266061

为提高B30铜镍合金表面植酸转化膜的耐蚀性,采用扫描电镜、动电位极化曲线、电化学阻抗谱等方法研究了浸泡时间、植酸浓度和钼酸盐浓度对B30铜镍合金表面植酸转化膜的表面形貌及在3.5%NaCl溶液中缓蚀率的影响。结果表明,植酸转化膜的缓... 详细信息

为提高B30铜镍合金表面植酸转化膜的耐蚀性,采用扫描电镜、动电位极化曲线、电化学阻抗谱等方法研究了浸泡时间、植酸浓度和钼酸盐浓度对B30铜镍合金表面植酸转化膜的表面形貌及在3.5%NaCl溶液中缓蚀率的影响。结果表明,植酸转化膜的缓蚀率随着浸泡时间的延长而逐渐增大,但浸泡时间超过12 h后植酸转化膜表面出现龟裂,破坏了转化膜表面覆盖的完整性,缓蚀率降低。植酸转化膜的缓蚀率随植酸浓度的增大而增大,当植酸浓度超过10 mmol/L时,植酸转化膜微观形貌疏松多孔,缓蚀率随植酸转化膜致密性的下降而降低。向植酸溶液中添加钼酸钠后转化膜的缓蚀率随着钼酸盐浓度的增大而增大,当钼酸钠浓度超过50 mg/L时,转化膜的缓蚀率开始降低。因此,不同浸泡时间和植酸浓度会对B30铜镍合金表面植酸转化膜的完整性和致密性产生影响,从而影响其耐蚀性。通过钼酸盐与植酸复配可以进一步提高植酸转化膜的耐蚀性。

关键词：植酸钼酸盐转化膜 B30 铜镍合金耐蚀性

植酸对咸水介质中316L不锈钢耐蚀性的影响

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材料导报 2016年第6期30卷 106-110,140页

作者：张镇川陈友媛宋芳常钦鹏彭涛中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室青岛266100 青岛市海润自来水集团有限公司青岛266002 建设综合勘察研究设计院有限公司北京100007

滨海区地源热泵中材料耐腐蚀性研究是有效开展利用新能源的基础,具有重要意义。采用动电位极化扫描和电化学阻抗谱方法研究了不同植酸组装浓度和组装时间对316L不锈钢在地下咸水介质中耐蚀性的影响,并探讨了植酸与钼酸钠复配形成的自组... 详细信息

滨海区地源热泵中材料耐腐蚀性研究是有效开展利用新能源的基础,具有重要意义。采用动电位极化扫描和电化学阻抗谱方法研究了不同植酸组装浓度和组装时间对316L不锈钢在地下咸水介质中耐蚀性的影响,并探讨了植酸与钼酸钠复配形成的自组装膜对316L不锈钢在地下咸水介质中耐蚀性的影响。结果表明:在Cl-质量浓度为10g/L的NaCl溶液中,随着植酸浓度的增加,316L不锈钢自腐蚀电流密度呈先减小后增大的趋势,自组装膜对316L不锈钢的防护作用先增强后降低;随着自组装时间的延长,植酸自组装膜对316L不锈钢的缓蚀率先上升后下降。在自组装时间为6h、植酸浓度为10mmol/L时形成的自组装膜防护效果最好,缓蚀率达到84.17%。向植酸自组装液中添加钼酸钠后,形成的聚合钼酸根通过络合作用和静电作用使316L不锈钢的耐蚀性降低,说明植酸的复配对提高咸水介质中316L不锈钢的耐蚀性是有选择的。这为咸水地区地源热泵系统中316L不锈钢换热器的防护提供了理论指导。

关键词：植酸 316L不锈钢自组装膜缓蚀

B30铜镍合金和316L不锈钢在热泵系统中的耐腐蚀性能

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中国腐蚀与防护学报 2014年第6期34卷 544-549页

作者：常钦鹏陈友媛宋芳彭涛中国海洋大学环境科学与工程学院青岛266100 中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室青岛266100 建设综合勘察研究设计院有限公司北京100007

采用动电位极化扫描、电化学阻抗谱等方法研究在地下咸水不同电导率、p H值和流速条件下,B30铜镍合金和316L不锈钢的腐蚀行为。结果表明:随着地下咸水电导率的增加,B30铜镍合金自腐蚀电流密度迅速增加,点蚀敏感性增大,而316L不锈钢自腐... 详细信息

采用动电位极化扫描、电化学阻抗谱等方法研究在地下咸水不同电导率、p H值和流速条件下,B30铜镍合金和316L不锈钢的腐蚀行为。结果表明:随着地下咸水电导率的增加,B30铜镍合金自腐蚀电流密度迅速增加,点蚀敏感性增大,而316L不锈钢自腐蚀电流密度的增加较缓慢,耐蚀性明显优于B30铜镍合金。在酸性溶液中,B30铜镍合金发生均匀腐蚀。随着p H值的增大,B30铜镍合金点蚀倾向增大,316L不锈钢点蚀倾向减小。流速为1 m/s的冲刷腐蚀条件可以破坏B30铜镍合金钝化膜的形成,而不影响316L不锈钢钝化膜的稳定性。这为热泵系统如何选择金属材料提供了参考。

关键词： B30铜镍合金 316L不锈钢电导率 p H值腐蚀

植酸自组装膜对HAl77-2黄铜缓蚀性能的影响

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中国腐蚀与防护学报 2015年第4期35卷 317-325页

作者：宋芳陈友媛常钦鹏彭涛中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室青岛266100 青岛市海润自来水集团有限公司青岛266002 建设综合勘察研究设计院有限公司北京100007

采用动电位极化曲线法、电化学阻抗谱法和脱锌系数分析,研究了植酸浓度、自组装时间和Na2Mo O4复配浓度对植酸自组装膜在HAl77-2黄铜表面缓蚀性能的影响。结果表明:HAl77-2黄铜的自腐蚀电流密度随着植酸浓度的增加呈现先下降后增加的趋... 详细信息

采用动电位极化曲线法、电化学阻抗谱法和脱锌系数分析,研究了植酸浓度、自组装时间和Na2Mo O4复配浓度对植酸自组装膜在HAl77-2黄铜表面缓蚀性能的影响。结果表明:HAl77-2黄铜的自腐蚀电流密度随着植酸浓度的增加呈现先下降后增加的趋势,耐蚀性先明显增强后下降;自组装时间的延长,使HAl77-2黄铜表面植酸自组装膜更加致密,超过一定时间(16 h)后,自组装膜反而老化脱落,表现为黄铜电极的自腐蚀电流密度增加和阻抗弧半径的下降;与Na2Mo O4溶液复配后,植酸对HAl77-2黄铜的缓蚀效果明显升高,且脱锌系数分析结果表明,植酸与Na2Mo O4复配,可以显著地减弱黄铜的脱锌现象。这为植酸自组装膜在黄铜腐蚀防护中的应用提供理论支撑。

关键词：植酸 HAl77-2黄铜自组装膜缓蚀

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海水入侵含水层的非等温过程数值模拟研究

工程勘察 2022年第12期50卷 39-46页

作者：杨辉瑜郑西来郑天元常钦鹏中国海洋大学环境科学与工程学院山东青岛266100 山东省海洋环境地质工程重点实验室山东青岛266100

世界各地海水和地下水之间普遍存在着温度差异,系统研究非等温条件下滨海含水层中海水入侵的影响机理与效应,对于滨海地下水开采、管理和保护具有重要的科学意义与应用价值。本文采用现场尺度的地下水—盐—热耦合数值模型,定量研究了... 详细信息

世界各地海水和地下水之间普遍存在着温度差异,系统研究非等温条件下滨海含水层中海水入侵的影响机理与效应,对于滨海地下水开采、管理和保护具有重要的科学意义与应用价值。本文采用现场尺度的地下水—盐—热耦合数值模型,定量研究了非等温条件下地下水流场动态变化和盐度分布特征,深入探讨海水温度变化对含水层海水入侵的影响机理与效应。研究结果表明,在低温(5℃)条件下地下咸水首先沿水平方向缓慢流动,而高温(35℃)时咸水区会形成上升流和下降流;地下水的密度和含水层的渗透系数受地下水盐度和温度的共同影响,但地下水密度主要取决于盐度变化,而含水层渗透系数主要受温度影响;不同海水温度下海水入侵程度可以分为咸水楔快速增长、缓慢增长和稳定分布3个阶段,海水入侵程度取决于海水和地下淡水的密度差,非等温条件下的海水入侵是一个复杂的地下水—盐—热动力学过程。

关键词：海水入侵温度效应滨海含水层数值模拟

地下咸水阴离子协同作用对316L不锈钢耐蚀性能的影响

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材料导报 2015年第4期29卷 107-111页

作者：常钦鹏陈友媛宋芳张镇川彭涛中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室青岛266100 青岛市海润自来水集团有限公司青岛266001 建设综合勘察研究设计院有限公司北京100007

滨海地区地下咸水对地源热泵换热系统中不锈钢材料的腐蚀十分严重。采用动电位极化扫描和电化学阻抗谱等方法研究了模拟咸水中不同阴离子协同作用下316L不锈钢的腐蚀行为。结果表明:随着Cl-浓度的增加,316L不锈钢耐蚀性降低。SO42-与Cl... 详细信息

滨海地区地下咸水对地源热泵换热系统中不锈钢材料的腐蚀十分严重。采用动电位极化扫描和电化学阻抗谱等方法研究了模拟咸水中不同阴离子协同作用下316L不锈钢的腐蚀行为。结果表明:随着Cl-浓度的增加,316L不锈钢耐蚀性降低。SO42-与Cl-协同作用时,高浓度的SO42-抑制了Cl-对316L不锈钢表面膜的破坏,增强其耐蚀性,低浓度的SO42-则降低其耐蚀性;而HCO3-与Cl-的协同作用对316L不锈钢耐蚀性影响的规律与之相反。当这3种阴离子共存时,其协同作用加速了316L不锈钢的腐蚀。这为不同地下水环境条件下地源热泵系统的选材提供了参考。

关键词：地下咸水阴离子协同作用 316L不锈钢点蚀

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模拟地下咸水中B30铜镍合金的耐蚀性

腐蚀与防护 2018年第8期39卷 576-581页

作者：常钦鹏陈友媛安振东彭涛中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室青岛266100 青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司青岛266101 建设综合勘察研究设计院有限公司北京100007

采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱等方法研究了模拟地下咸水中不同阴离子共存条件下B30铜镍合金的腐蚀行为。结果表明:随着Cl^-和HCO_3^-含量的增加,B30铜镍合金耐蚀性降低;低含量的SO_4^(2-)降低了B30铜镍合金的耐蚀性,高含量的SO_4^(... 详细信息

采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱等方法研究了模拟地下咸水中不同阴离子共存条件下B30铜镍合金的腐蚀行为。结果表明:随着Cl^-和HCO_3^-含量的增加,B30铜镍合金耐蚀性降低;低含量的SO_4^(2-)降低了B30铜镍合金的耐蚀性,高含量的SO_4^(2-)使其耐蚀性增强;模拟地下咸水中B30铜镍合金的耐蚀性低于其在模拟海水中的。

关键词：地下咸水阴离子协同作用 B30铜镍合金耐蚀性

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含水层海水入侵形成机制与治理技术研究

中国科技成果 2021年第22期22卷 F0003-F0003页

作者：无郑西来郑天元阎妮仵彦卿常钦鹏张博方运海孙柒国黄俞明高明鹏中国海洋大学上海交通大学不详

地下水海水入侵研究是国际环境地学领域亟待解决的重大前沿性课题,也是全世界面临的严重挑战.深入研究人类活动胁迫下海水入侵形成机理与治理技术具有重大的科学意义和应用价值.项目以山东半岛典型的海水入侵区为依托,通过原位监测、系... 详细信息

地下水海水入侵研究是国际环境地学领域亟待解决的重大前沿性课题,也是全世界面临的严重挑战.深入研究人类活动胁迫下海水入侵形成机理与治理技术具有重大的科学意义和应用价值.项目以山东半岛典型的海水入侵区为依托,通过原位监测、系列模拟试验、精细的数值模拟、深入的理论分析,定量解析地下咸水的来源及其贡献,揭示海水入侵过程中水岩作用的机理,阐明海水入侵防治(淡水帷幕、截渗工程)机制与效应,开发适合滨海地下水非确定性模拟-优化模型,提出切实可行的海水入侵防治技术方案,为我国沿海经济和社会可持续发展提供科学依据.

关键词：海水入侵原位监测地学领域地下咸水沿海经济优化模型机制与效应水岩作用