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超(超)临界机组流动加速腐蚀数值建模及实验研究

徐奇  
【摘要】:流动加速腐蚀简称FAC (Flow accelerated corrosion),是电厂碳钢管道中单相水或汽液两相流下发生管壁减薄的现象。FAC会造成爆管、泄漏等严重危害电厂安全的事故。目前大多数国内学者通过建立理论模型来分析FAC的机理,而搭建FAC实验台架的极少。本文采用FAC实验台架结合数值模拟的方法来研究流体流动对电站FAC的影响。实验研究的目的在于用电化学方法来获得90度弯头内壁面不同区域的腐蚀程度数据。所搭建的FAC实验台架回路,包括水箱、温度控制系统、流速控制系统、水化学控制组件以及电化学测量单元。在实验中采用了20#碳钢作为试样,共有36个表面积为2.7mm×3.7mm的块状试样,沿90度弯头内壁面方向镶嵌于壁面中。实验温度为25℃,压力为常压,流速为3m/s,溶液pH值为9.3。测量时采用了交流阻抗法,进行开路电位的测量后,在10000~0.1Hz的频率下测得工作电极(碳钢试样)的腐蚀速率。实验数据表明,沿90°弯管中心剖面两边对称位置的工作电极腐蚀电流密度分布规律基本--致;弯管入口段区域最外处比最内处要腐蚀严重;弯管区域腐蚀电流密度最大值出现在弯头最外弯处中心位置:最小值则出现在弯头最内侧中靠近入口段的位置;弯管出口段最外处的腐蚀电流密度要比最内处位置大。试验数据和电厂实际90°弯管失效部位的统计数据基本一致,为数值模拟流体流动对FAC的影响提供了可靠的依据。针对流动对FAC的影响,采用了CFD技术对实验段90°弯头流场分布和壁面剪切力分布等进行了数值模拟计算,结果表明,在弯管内弯处腐蚀主要受流体切向速度的影响。随着内弯处的速度沿流动方向先升高后降低,腐蚀速率也呈现同样的趋势。在外弯处由于流体进入弯管后对其进行直接冲刷,因此外弯处腐蚀主要受流体径向作用力影响。受迪恩涡影响,沿流动方向外弯处壁面受到的径向作用力呈不断增加的趋势,同时速度也在不断增加,这和腐蚀速率的上升趋势基本一致。此外,还对比了管内流速为3m/s和1.5m/s下弯管腐蚀的差异,结果表明相对于3m/s,1.5m/s时迪恩涡影响变小,导致了最外弯处腐蚀电流密度的下降。本次研究的结果为进一步改进90°弯管的流场,减少90°弯管区域的腐蚀提供了基本的方向。同时根据实验数据和数值模拟对比分析的结果,确定了90°弯管内流动加速腐蚀的易发位置,为火电厂给水疏水系统现场对腐蚀的预测和监控工作提供了依据。


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