Egyszerű módszer a szénacél olvadt nitrát-só általi korróziójának gátlására termikus tárolásra a napenergia koncentrálásában

Tárgyak

Absztrakt

A korrózió fontos kérdés olyan magas hőmérsékletű alkalmazásokban, mint például a koncentrált napenergia (CSP) technológia, és döntő szerepet játszik a tartályok, hőcserélők és csővezetékek hosszú távú használatában, amelyek a beruházási költségek jelentős részét teszik ki. Noha számos tanulmány foglalkozik a konténeranyagok korróziós sebességével a CSP körülményei között, a korróziógátló módszerekkel történő lebomlásuk megelőzése terén kevés előrelépés történt. Ez a munka a leggazdaságosabb építőanyag - szénacél - és az olvadt nitrát só közötti korróziós mechanizmusok elemzését mutatja be. Javasolták a szénacél magas hőmérsékleten történő olvadt só általi korrózió elleni védelmére szolgáló eljárást, amely magában foglalja a kalcium-karbonát réteg kialakulását a szénacél felületén. A réteg stabilitását izoterm és hőmérséklet-ciklusos körülmények között 500 ° C-ig teszteltük, inert és légköri atmoszférában egyaránt, nedvesség jelenlétében vagy hiányában. A javasolt védelmi módszer csökkentheti a CSP technológia beruházási költségeit.

szénacél

Bevezetés

Néhány termokémiai (TCM) és fázisváltó anyag (PCM) korróziós vizsgálata különböző építőanyagokkal a ref. 26,27,28,29,30. Általában észrevehető, hogy az SS316 és SS304 rozsdamentes acélok ellenállnak az alacsony hőmérsékletű PCM/TCM korróziójának, beleértve a cink-nitrát-hexahidrátot, 26 hidrogén-foszfát-dodekahidrátot, 26 Na2S/H2O (30. hivatkozás) és mások. 27,28,29 Míg az alumíniumot gyakran korrodálják ezek az anyagok, 26 bizonyítja, hogy ellenáll néhány kereskedelmi PCM-nek, például Na2SO4 + H2O és MgSO4 · 7H2O (27. hivatkozás). A réz gyakran rossz korróziós viselkedést mutat, különösen Na2S/H2O (30. hivatkozás), CaCL2, Na2S, Ca (OH) 2, MgCl2 és MgSO4 (29. hivatkozás) esetén.

A CSP-ben használt hőátadó folyadékok áttekintése a ref. 1 Ide tartoznak az olyan folyadékok, mint az olajok, az olvadt sók és az olvadt fémek, valamint ezek korróziós tulajdonságai a konténerekhez használt egyéb anyagokkal.

A szakirodalom szerint nyilvánvaló, hogy a gazdaságilag legvonzóbb anyag, nevezetesen a szénacél, nem képes névlegesen fenntartani az olvadt só magas körülményeit magas hőmérsékleten. Az ilyen összeegyeztethetetlenség akadályt jelent a CSP által termelt villamos energia (LCOE) szintesített költségeinek csökkentésében, ha az ilyen technológia költséges vagy speciális építőanyagok használatát igényli.

Az irodalmi áttekintésből arra lehet következtetni, hogy az építőanyagok lebontásának fő mechanizmusa az oxidáció, ha a maximális hőmérséklet az olvadt só bomlása alatt van. Az építőanyagok olvadt sókkal való kompatibilitásának javítására szolgáló két fő stratégia: (i) magas Cr- és/vagy Ni-tartalmú fémötvözetek alkalmazása; és (ii) stabil korróziógátló bevonatok használata. Figyelembe véve, hogy a CSP technológia beruházási költségei kritikus szerepet játszanak, a korrózióvédelem új, megbízható módszerei konkrét célpontok.

Ebben a munkában egy új, egyszerű porlasztásos bevonási módszert javasolunk a szénacél olvadt nitrát-só támadással szembeni korrózióállóságának javítására, annak élettartamának és üzemi hőmérsékleti tartományának bővítésére, különösen a CSP technológia esetében.

Eredmények és vita

Izoterm korróziós tesztek

Izoterm korróziós tesztek az A516.Gr70 szénacélhoz, kitéve a grafitrétegnek (nem grafitizált), hidratált HitecXL-rel. A H2O só korróziós réteget eredményezett, amelyet SEM keresztmetszeti elemzéssel figyeltünk meg (1a., B. Ábra). A felületi minták XRD elemzése azt mutatta, hogy a réteg a magnetit és a haematit fázisában vasoxidokból áll (S3. Ábra). Másrészt a SEM elemzés egy védőréteg kialakulását mutatja a szénacél felszínén, amely vas-karbonát réteg, amint azt korábbi munkánkban tárgyaltuk. 20 Ez a réteg várhatóan védő. 38,39,40,41