流体动力学过程在流动腐蚀行为中的作用机制

在流动体系中,流场作用对腐蚀行为中的力学、离子传质以及界面反应等过程有着复杂的耦合影响,不同金属材料、不同溶液环境下流体流动发挥的作用也复杂多变,这些因素加剧了流动环境下的腐蚀机理研究的困难性。本文综述了流动腐蚀的研究现状,包括流动对腐蚀过程的影响机制、流动腐蚀研究的实验装置以及流动腐蚀中的关键影响因素,着重分析了流动通过改变腐蚀反应物/产物的质量传输速率对腐蚀反应动力学的影响机制,以及流动的剪切力作用对壁面产物膜的形成/破坏动力学过程的影响。提出了流动腐蚀在腐蚀界面演化与流场的交互作用、时空尺度跨度、流场-离子传质-界面反应的多场耦合联系以及不同流体力学参数匹配性等方面有待解决的问题,展望了流动腐蚀的发展方向。     

基于同心圆三电极阵列的局部电化学测试方法

设计了同心圆三电极阵列,将局部电化学测试方式由扫描探针转变为高速切换离散的电极单元,并基于此发展了一种适用于液滴体系局部腐蚀电化学测试方法。该方法不仅能够实现液滴与电极界面腐蚀电位及电偶电流分布特征的表征,而且能够实现局部电极位置的电化学阻抗谱、极化曲线等电化学测试。基于测试数据的分析,可以获得界面电化学反应及传质等动力学过程的局部电化学信息,用于研究电极/液滴界面双电层以及附近的扩散层等电极过程的动力学机制。该方法可应用于多种非均相介质腐蚀电化学研究体系,也为工业领域电化学工程及腐蚀监测技术发展提供了一种可供选择的解决方案。     

陕北盐渍土壤对X80管线钢电化学腐蚀行为的影响

采用电化学测试、SEM及EDS微观分析等方法,研究了X80管线钢在陕北水饱和盐渍土壤中的电化学腐蚀行为。结果表明,在水饱和盐渍土壤中,随腐蚀时间延长,X80钢腐蚀趋势和腐蚀速率均明显增大,局部腐蚀面积和深度不断增加,钢基体表面由以全面腐蚀为主转为以局部腐蚀为主,腐蚀机理为氧浓差腐蚀电池和局部腐蚀自催化效应,腐蚀速度主要受氧扩散过程控制;EIS图谱具有双容抗弧与Warburg阻抗特征,电荷传递和扩散传质的阻力随时间越来越大,而结合层电阻明显减小,这与钢表面生成腐蚀产物膜的完整性和致密性有关,腐蚀产物主要为铁的氧化物、硫化物和土壤中盐类的混合物。     

海上某平台增压泵出口管线短节腐蚀失效原因分析

通过形貌分析、化学成分分析、金相分析、能谱分析、X射线衍射分析、电化学分析和电偶腐蚀测试等方法,对海上某生产平台增压泵出口管线短节腐蚀失效原因进行了深入研究.结果表明:增压泵出口管线短节内表面腐蚀产物主要由结构疏松的各种铁的氧化物及FeCO3组成;导致增压泵出口管线短节内壁腐蚀的主要原因是以冲刷腐蚀为主和电偶腐蚀共同作...     

砂粒和氯离子对P110钢冲刷与腐蚀性能的影响

采用旋转圆盘冲蚀仪并辅以腐蚀电化学工作站分别测试了P110钢(26CrMo4)在含不同砂粒粒径和氯离子浓度溶液中的冲刷腐蚀行为。借助扫描电镜形貌观察,分析了不同氯离子浓度与砂粒粒径对P110钢冲蚀速率和腐蚀行为的影响规律。结果表明:砂粒粒径和氯离子浓度对P110钢冲刷和腐蚀过程有着重要影响,均为腐蚀和机械的协同作用所致。粒径较大的砂粒在冲刷时加速了传质过程,引起腐蚀作用的增加,最终导致整个冲刷腐蚀失重率的增加。氯离子的存在致使腐蚀过程中大量点蚀坑的形成,引起局部冲刷作用的加剧,最终导致P110钢的整个冲刷腐蚀失重速率增加。     

油水分层流条件下腐蚀动力学特性模拟

当石油输送管道内处于油水分层流条件时,管道底部与酸性水层接触极易造成内腐蚀,严重威胁管道安全,传统的静止和单相流条件的腐蚀预测方法已不能指导管道的安全运行,而多相流动、离子传质、化学反应及电极动力学等多种不同尺度的物理化学过程对多相流腐蚀预测提出了挑战。本文基于多相流动特性及电化学腐蚀特性的耦合机理提出了分层流条件下腐蚀动力学模型,首先建立油水三层流传质计算模型,进而基于溶液区域和产物膜内部的传质计算,依据阴阳极电化学反应电流密度与传质通量之间的平衡关系,形成多相流条件下腐蚀预测方法。探究了离子传质、电极反应以及产物膜动态生长的耦合过程对腐蚀行为的作用机理,揭示了CO₂分压、温度对腐蚀发展规律的影响机制。研究发现温度、CO₂分压的改变会导致平衡反应方向的移动,从而改变离子浓度;离子的扩散系数是决定传质系数变化的内在原因;腐蚀速率的变化规律由产物膜生长和电极反应两种因素共同决定：腐蚀产物膜的生长会阻碍反应离子的传质效应,从而抑制腐蚀;而离子浓度的升高或传质增强会加快电极反应,促进腐蚀。     

电化学噪声技术对不锈钢表面局部腐蚀监测的应用进展

本文介绍了电化学噪声技术的原理及分析方法,利用恒电流极化在不锈钢表面制造局部腐蚀坑,通过电化学噪声技术对不锈钢表面局部腐蚀进行监测,并通过微观形貌、线性极化、电化学阻抗对电化学噪声的监测效果进行验证.结果表明,采用电化学噪声技术能够有效的对局部腐蚀进行监测,且微观形貌、线性极化与电化学交流阻抗的表征测试结果均与电化学噪...     

离心压缩机压力波动对叶轮腐蚀的影响

在PVC生产过程中,压缩机长期受到交变压力的影响,压缩机叶轮的母材和焊缝均出现明显的蚀坑.采用电化学测试方法分析了不同压力条件下压缩机叶轮的腐蚀过程.结果 表明:在压力作用下,压缩机叶轮母材和焊缝的腐蚀反应过程受到混合过程控制;在流体流动条件下,机械作用增强,基体表面难以生成稳定的腐蚀产物层;腐蚀过程以机械冲刷和电化学腐蚀为主.     

腐蚀产物对2A12/TC4偶合体系盐雾腐蚀性能影响及仿真

研究了2A12/TC4偶合体系腐蚀机制以及腐蚀产物对腐蚀进程的影响。采用中性盐雾试验、腐蚀形貌观测、产物分析以及电化学测试等方法研究腐蚀产物对2A12/TC4偶合体系腐蚀进程的影响。搭建薄液膜环境下材料电化学测试平台,测量了500μm NaCl液膜下2A12铝合金、TC4钛合金的极化曲线,建立了腐蚀产物影响下的双金属电偶腐蚀模型,分析比对了偶合体系下电解质电位、电流密度、腐蚀深度以及腐蚀产物孔隙率等关键参数。由于腐蚀产物的阻碍作用,2A12铝合金腐蚀速率由1.99 mm/a降低至0.97 mm/a,腐蚀电流密度由2.01×10^-5 A/cm²降低至1.17×10^-5 A/cm²,耐蚀性逐渐提高。生成的Al₂O₃、AlOOH及Al(OH)₃等产物使结构逐渐致密,有效阻碍了腐蚀介质与基体的接触及带电粒子的扩散行为,因而腐蚀进程逐渐减缓。由构建的腐蚀产物影响下电偶腐蚀模型可知,在腐蚀过程中,腐蚀产物的孔隙率由0.8逐渐降低至0.2,极大地阻...     

液化气脱硫装置再生塔返塔管线弯头腐蚀失效机制分析

弯头在管路系统中主要起到改变介质流动方向的作用,是油气输送中最常用的管道部件之一。重点研究了液化气脱硫装置再生塔返塔管线弯头的腐蚀失效机制。从宏观和微观两个角度入手,研究了失效弯头部位的腐蚀孔孔径分布、减薄规律,进而利用X射线衍射（XRD）和扫描电镜-能谱仪（SEM-EDS）对样品进行了系统的理化分析。结果表明：沿流体流动方向,腐蚀逐渐加剧,在弯头的中部和出口形成完全破坏区;流体冲刷会破坏电化学腐蚀形成的产物保护膜,减弱产物膜对基体的保护作用,导致内壁不断被腐蚀,这是弯头腐蚀失效的主要原因。此外,热稳定性盐（HSS）的存在也加剧了弯头的腐蚀。     

环己烯水合过程汽-液两相流动的CFD研究

环己烯直接水合是制备环己醇的一种新工艺,本文利用体积率函数法（VOF法）建立了环己烯水合流动过程的数学模型,考虑了汽-液相间摩擦力动量源项、表面张力动量源项和多孔介质动量源项,定量描述了汽-液两相逆流流动过程。根据计算流体力学（CFD）模型模拟了黏度、表面张力和流动阻力对流动的影响,结果表明黏度和表面张力影响液膜厚度和液面波动程度,进而影响传质;流动阻力过大会导致液膜断裂,不利于传质。     

碳钢在固/液两相流条件下流动腐蚀的数值模拟

在单相流数值计算的基础上,引入固相颗粒运动理论,对双相流中的碳钢磨损腐蚀进行了数值模拟.结果表明：在0～18m•s^-1流速范围内,固体颗粒与材料壁面的碰撞角度、碰撞频度和碰撞速度等颗粒相力学参数对表面切应力、传质系数影响强烈,导致碳钢磨损腐蚀加剧,但对碳钢的切削磨耗作用不大.腐蚀速度的模拟计算值与实测值基本一致,验证了碳钢在两相流加剧腐蚀的协同效应中腐蚀电化学作用仍占主导地位.随着流速进一步增大,磨耗量虽小,但会有所增加.     

孔板管道流动加速腐蚀受温度影响的数值模拟

电厂汽水管道的运行中,流动加速腐蚀（FAC）普遍存在且威胁着管道系统。为很好预测电厂管道流动加速腐蚀,本文基于电厂管道实际工况,采用流体动力学软件根据温度变化相应地调整水的物性参数,模拟了孔板管道下的流场,观察高速及高湍流动能分布区域,模拟计算得到不同温度下溶解度、速度、壁面剪切力及传质系数的变化,并结合流动加速腐蚀预测模型更精确地分析了温度对流动加速腐蚀的影响。结果显示：温度通过影响速度及黏性系数,进一步影响到壁面剪切力及传质系数,最终影响到FAC速率;传质系数与溶解度均受温度影响,在150℃以下,温度对FAC速率的影响显著且主要是通过传质系数实现的;FAC速率在Z/D≈0.7~1.0达到峰值,在Z/D≈3.8~4.3出现第二峰,这两处为孔板管道高危腐蚀区域。     

Cementation and corrosion at a RDE: Changes in flow and transfer phenomena induced by surface roughness

Cementation and corrosion were investigated in a batch cell to highlight the improvement of the kinetics observed after a certain lapse of time. Experiments on cementation with the Cd(II)/Zn and Ag(I)/Cu systems, and on corrosion with the Ce(IV)/Zn and Cr(VI)/Zn couples, were carried out on a rotating disc electrode immersed in relatively concentrated solutions. Time variations of the concentration of the reacting species and SEM observations showed that the change in reaction kinetics was due to the roughness of the changing surface of the electrode, depending on the chemical system considered. For corrosion, the average roughness was shown to exceed the thickness of the Nernst diffusion layer, and the rougher surface created allows local flow disruption and mass transfer enhancement. Besides, corrosion by Cr(VI) species results in greater roughness of the metal surface with more significant flow disruption than with Ce(IV) at the same concentration.     

Wall shear stress and mass transfer in vertical two-component flow

Mass transfer rates in vertical gas-liquid flow were measured by an electrochemical technique. The flow regimes studied were slug, churn and annular. Average mass transfer coefficients in gas-liquid flow could be correlated by expressions similar to those for single phase flow. Fluctuations in local mass transfer coefficient could be used to indicate flow regimes. Average wall shear stress determined from the average mass transfer coefficients agreed with values calculated from measurements of pressure drop, void fraction and flow rate, provided flow reversals did not occur. The results indicate that the electrochemical technique could be used to measure wall shear stress in accelerating gas-liquid flows, such as critical flow.     

毛细管中泰勒流液侧传质特性及其强化机理的CFD模拟

采用计算流体力学（CFD）的方法,研究了圆管中泰勒流的液侧传质特性,分析了泰勒气泡上局部传质特性,并研究了气泡上升速度、液膜长度和液栓长度对液膜处和气泡半球帽处平均传质系数的影响。结果表明,泰勒气泡表面局部传质系数存在3个峰值,液膜处的平均传质系数随气泡上升速度增大显著增大,随液膜长度增大而减小,而半球帽处的平均传质系数随气泡速度和液膜长度的增大变化较小,即膜接触时间增加时,液膜处的传质系数降低,而半球帽处传质系数变化较小。另外,引入场协同原则对单元胞内速度场和浓度场进行分析,解释了局部传质特性及强化机理。最后,给出了分别预测短和长膜接触时间下泰勒流液侧体积传质系数的关联式,该式在较宽的管径尺度范围（0.25～3 mm）内的预测误差在±20%以内。     

The influence of different surface conditions in the corrosion process of carbon steel in alkaline sour media

Different electrochemical methodologies were established to induce general corrosion and blistering on homogeneous and heterogeneous carbon steel surfaces similar to the corrosion damage in a catalytic oil refinery plant. In one case, the film porosity and the iron sulphide stoichiometry were modified and in other case, the surface conditions were changed with sulphur films and microblisters. Additionally, we studied the influence of 1018 carbon steel surface conditions on the corrosion process in a medium simulating the average composition of sour waters in catalytic plants of PEMEX Mexico (0.1 M (NH₄)₂S, 10 ppm CN^– as NaCN, pH 8.8). Using the impedance spectra, from 10 kHz to 0.01 Hz, it was possible to qualitatively identify the carbon steel surface condition in an alkaline sour environment and to suggest the same corrosion process steps for this system, despite different surface conditions: charge transfer resistance of steel oxidation in the metal/corrosion product film interface and Fe²⁺ ion and H° diffusion through the corrosion product film. Finally, scanning electron microscopy of a freshly polished surface showed the formation of a homogeneous film immediately after introducing the carbon steel into the sour media. The other surface changes depended on the induced corrosion process and corroborated the electrochemical impedance predictions.     

微流道气-液两相流研究及其在PEMFC中的应用进展

微流道由于具有比表面积高、传质能力强等优点,已成功地应用于化工领域的多种气-液反应体系中。此外,其在化工领域中的研究成果还可以应用于目前备受关注的燃料电池领域以提高其电化学转化效率。然而,微流道尺度的微小化以及其中气-液两相流规律的复杂性使得微流道内的气-液两相流特性的阐明还需要进一步的研究,才能促使微流道在实际应用中发挥更优异的作用。本文从流型、压降和传质三个关键特征的研究角度来介绍微流道内气-液两相流的研究进展,简述了不同流型的特征及其形成条件,阐明了其对应的压降大小和传质能力的高低,回顾了现有的压降和传质系数的预测模型及其相应的优化措施,并分析了运用这三个关键特征的相关参数来优化质子交换膜燃料电池流场设计方面的研究进展,得到了流场类型、流道尺寸、流道形状、流道表面特性等的优化方案。但是,燃料电池中的精细流道的特殊结构及其特定工况使得其与传统的微流道有显著的区别。由此,本文提出了应当根据燃料电池精细流道的特点探明其中的两相流型、压降和传质的动态变化规律以及构建相应的压降预测模型的建议,以期为流场设计提供更准确的参考依据,进而提高燃料电池性能,加速燃料电池的商用进程。