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研究生:鄧子平
研究生(外文):Zi-Ping Deng
論文名稱:含氮、硫雜環有機物對鍋爐鹼洗之腐蝕抑制行為研究
論文名稱(外文):Corrosion Inhibition of N,S-heterocyclic compounds in the alkaline cleaning of the boiler.
指導教授:林景崎
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:85
中文關鍵詞:腐蝕抑制劑化學清洗
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利用EDTA銨鹽鹼性藥品進行電廠鍋爐的清洗除垢已為趨勢。當使用鹼性藥品時,為達較佳除垢效率操作溫度需控制在120~150℃,相較於傳統酸洗的溫度高出許多。經實驗證明在高溫的情況下鹼洗藥品會造成爐管嚴重的腐蝕,因此添加有效之腐蝕抑制劑以使腐蝕速率降到最低值是必要的。
本論文選取數種含氮、硫有機抑制劑,利重量損失法與電化學極化曲線分析以找出有效之腐蝕抑制劑,並分析其吸附型態與吸附活化能大小。結果顯示含氮、硫有機物抑制劑其抑制效率隨其含氮、硫數目增加而增加,且具相似結構之抑制劑,若結構中同一位置為硫原子其抑制效率較氮原子強。在選取的六種抑制劑試驗中,代號Mo 與Mi兩種抑制劑抑制效率較佳,但對爐管有仍一定程度之腐蝕。
為使抑制劑達到更佳抑制效率本論文選用兩種熱穩定性較佳之界面劑活性(代號PNA及PNH)做為二次添加劑。結果顯示添加PNH界面活性劑可得較高之抑制效率,尤其以同時添加代號Mo抑制劑與界面活性劑PNH所得抑制效率最高,已將腐蝕速率降低至0.073mg/cm2/h(抑制效率達99.98﹪)。
代號Mo與Mi兩種抑制劑均屬吸附型抑制劑,其吸附方式屬於典型之Langmuir等溫吸附,經實驗求出其活化能之大小為:Mo(237.4kJ/mol)>Mi(142.6kJ/mol)。
關鍵詞:腐蝕抑制劑、化學清洗


目 錄
摘要 I
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄VIII
第一章 前言1
1.1鍋爐的化學清洗1
1.2化學清洗除垢之種類1
1.3目前鹼洗所面臨問題2
第二章 文獻回顧3
2.1鹼洗的發展3
2.2鹼洗除垢之理論4
2.3鹼洗腐蝕理論4
2.4腐蝕抑制劑的作用特性與分類7
2.4.1腐蝕抑制劑與侵蝕性離子間之競爭吸附特性8
2.4.2腐蝕抑制劑之分類9
2.4.3抑制劑之吸附類型與活化能 12
2.5相關電化學理論 14
第三章 實驗步驟 17
3.1、高壓釜的校正與準備 17
3.2、溶液的配製與試片準備 17
3.3、電化學實驗 18
3.4、重量損失法測試 19
3.5、表面分析儀器 19
第四章 結果與討論 20
4.1爐管之結垢物分析 20
4.1.1形貌觀察 20
4.1.2組成分析 20
4.2 EDTA鹼洗液對爐垢之溶解能力 21
4.2.1濃度效應 21
4.2.2溫度效應 22
4.2.3抑制劑效應 22
4.3鹼洗液對碳鋼之腐蝕行為 22
4.3.1濃度效應 22
4.3.2溫度效應 23
4.3.3添加聯氨之影響 25
4.3.4溶液除氧與通氣之效應 26
4.4含抑制劑鹼洗液之緩蝕效率 26
4.4.1單一成分抑制劑效果 26
4.4.2界面活性劑影響 29
4.4.3吸附等溫曲線 30
第五章 結論 32
參考文獻 34
表 目 錄
Table 3-1.台中電廠爐管合金成分表36
Table 4-1.台中、協和電廠爐垢ICP分析結果37
Table 4-2.150℃下不同濃度EDTA鹼洗藥品垢溶解度比較37
Table 4-3.15﹪EDTA鹼洗藥品在不同溫度下之垢溶解度比較37
Table 4-4. Mo與Mi抑制劑添加對於標準鹼洗藥品垢溶解度的影響38
Table 4-5.EDTA濃度對腐蝕速率影響經重量損失法測試結果38
Table 4-6.EDTA濃度對腐蝕速率影響經線性及化結果38
Table 4-7.EDTA濃度對腐蝕速率影響Tafel極化資料39
Table 4-8.標準鹼洗藥品腐蝕速率溫度效應重量損失法結果39
Table 4-9.標準鹼洗藥品腐蝕速率溫度效應線性及化結果39
Table 4-10.標準鹼洗藥品腐蝕速率溫度效應Tafel極化資料40
Table 4-11.聯氨添加量對腐蝕速率影響重量損失法結果40
Table 4-12.聯氨添加量對腐蝕速率影響線性極化阻抗40
Table 4-13.聯氨添加量對腐蝕速率影響Tafel極化曲線資料41
Table 4-14.通空氣與氮氣腐蝕速率差異重量損失法41
Table 4-15.通空氣與氮氣腐蝕速率差異線性極化41
Table 4-16.通空氣與氮氣腐蝕速率差異Tafel極化42
Table 4-17.含氮、硫有機物抑制劑42
Table 4-18.單一成分抑制劑150℃下、24小時重量損失法結果43
Table 4-19.單一成分抑制劑150℃下線性及化結果43
Table 4-20.單一成分抑制劑150℃下、浸泡2小時Tafel極化資料43
Table 4-21.添加界面活性劑影響重量損失法44
Table 4-22.添加界面活性劑影響線性極化結果44
Table 4-23.添加界面活性劑影響Tafel曲線資料45
Table.4-24 Mo濃度效應重量損失45
Table.4-25 Mi濃度效應重量損失法45
Table.4-26標準鹼洗液添加10-3M Mo溫度效應重量損失法46
Table.4-27標準鹼洗液添加10-3M Mo線性極化46
Table.4-28標準鹼洗液添加10-3M Mo Tafel極化46
Table.4-29標準鹼洗液添加10-3M Mi溫度效應重量損失法47
Table.4-30標準鹼洗液添加10-3M Mi溫度效應線性極化47
Table.4-31標準鹼洗液添加10-3M Mi溫度效應Tafel極化47
圖 目 錄
Fig.1-1鍋爐鹼洗流程圖48
Fig.2-1 腐蝕抑制劑與陰離子競爭吸附圖49
Fig.2-2 典型的線性極化曲線49
Fig.2-3 典型的Tafel極化曲線50
Fig.2-4 Tafel極化曲線求腐蝕電流示意圖50
Fig.2-5 Tafel極化曲線計算Tafel 斜率示意圖51
Fig.3-1高壓釜溫度校正曲線,其中虛線為為高壓釜內建52
COTEST Thermometer 所測結果,時線為為校正用標準
Thermometer FLUKE 52K/J所測結果.
Fig.3-2高壓釜壓力校正曲線,其中虛線為CORTEST高壓52
釜直接量測之壓力對溫度曲線,實線為一理論值所描繪
飽和水蒸氣壓對溫度之理論曲線.
Fig.4-1協和電廠提供之新爐管53
Fig.4-2協和電廠提供之結垢爐管53
Fig.4-3台中電廠提供之新爐管54
Fig.4-4台中電廠提供之結垢爐管54
Fig.4-5協和電廠結垢爐管表面觀察55
Fig.4-6協和電廠結垢爐管表面觀察55
Fig.4-7台中電廠結垢爐管表面觀察56
Fig.4-8台中電廠結垢爐管表面觀察56
Fig.4-9協和電廠爐管掃描式電子顯微鏡圖(表面)、放大倍率6057
Fig.4-10協和電廠爐管掃描式電子顯微鏡圖(表面)、放大倍率50057
Fig.4-11協和電廠爐管掃描式電子顯微鏡圖(表面)、放大倍率100058
Fig.4-12台中電廠爐垢掃描式電子顯微鏡圖(表面)、放大倍率6059
Fig.4-13台中電廠爐垢掃描式電子顯微鏡圖(表面)、放大倍率50059
Fig.4-14台中電廠爐垢掃描式電子顯微鏡圖(表面)、放大倍率100060
Fig.4-15協和電廠爐管掃描式電子顯微鏡圖(橫切面)、放大倍率6061
Fig.4-16協和電廠爐管掃描式電子顯微鏡圖(橫切面)、放大倍率50061
Fig.4-17協和電廠爐管掃描式電子顯微鏡圖(橫切面)、放大倍率100062
Fig.4-18台中電廠爐垢掃描式電子顯微鏡圖(橫切面)、放大倍率6063
Fig.4-19台中電廠爐垢掃描式電子顯微鏡圖(橫切面)、放大倍率50063
Fig.4-20台中電廠爐垢掃描式電子顯微鏡圖(橫切面)、放大倍率100064
Fig.4-21協和電廠爐管掃描式電子顯微鏡圖(縱切面)、放大倍率6065
Fig.4-22協和電廠爐掃描式電子顯微鏡圖(縱切面)、放大倍率50065
Fig.4-23協和電廠爐管掃描式電子顯微鏡圖(縱切面)、放大倍率100066
Fig.4-24台中電廠爐管掃描式電子顯微鏡圖(縱切面)、放大倍率6067
Fig.4-25台中電廠爐管掃描式電子顯微鏡圖(縱切面)、放大倍率50067
Fig.4-26 台中電廠爐管掃描式電子顯微鏡圖(縱切面)、放大倍率100068
Fig.4-27 台中電廠爐管橫切面結垢部分EDS分析結果69
Fig.4-28 協和電廠爐管橫切面結垢部分EDS分析結果70
Fig.4-29 台中電廠、協和電廠爐管結垢物XRD分析圖譜71
Fig.4-30 150℃鹼洗液結垢物溶解度隨EDTA濃度之變化72
Fig.4-31 150℃、15%EDTA鹼洗液結垢物溶解度隨溫度之變化72
Fig.4-32. 150℃鹼洗液腐蝕速率隨EDTA濃度之變化重量損失法73
Fig.4-33.150℃鹼洗液腐蝕速率隨EDTA濃度之變化極化阻抗73
Fig.4-34 150℃鹼洗液浸泡兩小時後Tafel曲線隨EDTA濃度之變化74
Fig.4-35 標準鹼洗液腐蝕速率隨溫度之變化75
Fig.4-36 不同溫度下標準鹼洗液線性極化阻抗隨時間之變化75
Fig.4-37 標準鹼洗溶液於120℃~180下浸泡兩小時76
之Tafel極化曲線
Fig.4-38 聯氨添加濃度對腐蝕速率之影響重量損失法結果77
Fig.4-39 不同聯氨添加濃度極化阻抗隨時間之變化77
Fig.4-40 添加不同濃度聯氨150℃浸泡2小時後Tafel曲線變化78
Fig.4-41 添加單一成分抑制劑Tafel曲線變化之一79
Fig.4-42添加單一成分抑制劑Tafel曲線變化之二80
Fig.4-43 抑制劑與金屬界面間之鍵結吸附示意圖81
Fig.4-44 標準鹼洗藥添加Mo抑制劑添加界面活性劑PNA、PNH82
Fig.4-45 標準鹼洗藥添加Mi抑制劑與界面活性劑PNA、PNH於83
150℃浸泡2小時之Tafel曲線
Fig.4-46 碳鋼在標準鹼洗液中,添加不同濃度之Mo、Mi抑制劑,所84
得θ/1-θ與濃度之關係圖
Fig.4-47 碳鋼再度同溫度之標準測試溶液中,添加濃度為10-3M的85
Mo與Mi抑制劑,所得之系統腐蝕速率對1/T之關係圖


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