第六章-电厂金属设备的课件.ppt
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- 第六 电厂 金属 设备 课件
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1、6.1 6.1 热力设备的化学腐蚀热力设备的化学腐蚀6.2 6.2 电化学基础知识电化学基础知识6.3 6.3 电化学腐蚀原理电化学腐蚀原理6.4 6.4 锅炉设备与给水系统的腐蚀与防护锅炉设备与给水系统的腐蚀与防护6.5 6.5 凝汽器的腐蚀与防止凝汽器的腐蚀与防止6.6 6.6 热力设备的停用腐蚀及保护热力设备的停用腐蚀及保护内容提要 金属腐蚀是指金属腐蚀是指金属表面与周围环境发生化学或电化学作用而引起金属金属表面与周围环境发生化学或电化学作用而引起金属破坏或变质的现象。金属腐蚀按其腐蚀机理的不同可分为破坏或变质的现象。金属腐蚀按其腐蚀机理的不同可分为化学腐蚀化学腐蚀和和电化电化学腐蚀学腐
2、蚀两类。两类。1 1化学腐蚀化学腐蚀 金属的表面与其周围介质直接进行化学反应,在金属的表面与其周围介质直接进行化学反应,在不产生电流不产生电流的情况下的情况下使金属遭到破坏的现象称为化学腐蚀。这种腐蚀多发生在非导体中或干燥使金属遭到破坏的现象称为化学腐蚀。这种腐蚀多发生在非导体中或干燥气体中。例如炉管的外表面受高温炉烟的氧化,在过热蒸汽中形成的汽水气体中。例如炉管的外表面受高温炉烟的氧化,在过热蒸汽中形成的汽水腐蚀,不含水的润滑油对金属的腐蚀等,均属于化学腐蚀类。腐蚀,不含水的润滑油对金属的腐蚀等,均属于化学腐蚀类。2 2电化学腐蚀电化学腐蚀 在金属遭到破坏的过程中,伴有在金属遭到破坏的过程中
3、,伴有电流产生电流产生的腐蚀称为电化学腐蚀。金的腐蚀称为电化学腐蚀。金属在水溶液中或在潮湿空气中的腐蚀,属于电化学腐蚀。如在电厂,原水、属在水溶液中或在潮湿空气中的腐蚀,属于电化学腐蚀。如在电厂,原水、补给水、给水、锅炉水、冷却水以及与湿蒸汽接触的设备所遭受的腐蚀等。补给水、给水、锅炉水、冷却水以及与湿蒸汽接触的设备所遭受的腐蚀等。1.1.水蒸汽腐蚀水蒸汽腐蚀 Fe+HFe+H2 2O FeO Fe3 3OO4 4+4H+4H2 2 or Fe+Hor Fe+H2 2O=FeO+HO=FeO+H2 2 2FeO+H 2FeO+H2 2O=FeO=Fe3 3OO4 4+H+H2 2 2.2.钢的
4、脱碳钢的脱碳 FeFe3 3C+OC+O2 2=Fe+CO=Fe+CO2 2 Fe Fe3 3C+COC+CO2 2=Fe+COFe+CO Fe Fe3 3C+HC+H2 2O=Fe+CO+HO=Fe+CO+H2 2 Fe Fe3 3C+HC+H2 2=Fe+CH=Fe+CH4 44504706.1 热力设备的化学腐蚀热力设备的化学腐蚀 1.1.半电池和电极:半电池和电极:锌片和锌盐溶液构锌片和锌盐溶液构成成锌半电池锌半电池。组成。组成电池的导体叫做电池的导体叫做电电极极。给出电子的极。给出电子的极叫做叫做负极负极。铜片和。铜片和铜盐溶液构成铜盐溶液构成铜半铜半电池电池。得到电子的。得到电子的
5、极,叫做正极。极,叫做正极。2.2.盐桥:盐桥:两个半电池的两个半电池的溶液用盐桥沟通。溶液用盐桥沟通。U U形管形管中装满饱和中装满饱和KClKCl琼脂的混琼脂的混合液,既起到固定溶液合液,既起到固定溶液的作用,又起到沟通电的作用,又起到沟通电路、使溶液保持电中性路、使溶液保持电中性的作用。的作用。3.3.外电路:外电路:用金属导线把一用金属导线把一个灵敏电流计与两个电极串联个灵敏电流计与两个电极串联起来。起来。6.2.16.2.1原电池原电池6.2 电化学基础知识电化学基础知识 负极:负极:Zn 2e =Zn2+正极:正极:Cu2+2e =Cu()Zn Zn2+(c1/moldm-3)Cu
6、2+(c2/moldm-3)Cu(+)原电池的表达式原电池的表达式 1 1、负负极写在极写在左左边,边,正正极写在极写在右右边。边。2 2、用、用 表示电极与溶液之间的表示电极与溶液之间的物相物相界面(固、气液)界面(固、气液)3 3、用、用表示盐桥,盐桥隔开两个半电池。表示盐桥,盐桥隔开两个半电池。4 4、表示出相应的表示出相应的离子浓度离子浓度或或气体压力气体压力。5 5、溶液中不存在相界面,用溶液中不存在相界面,用,分开(液液)。若电极反应中无金属导体,需分开(液液)。若电极反应中无金属导体,需加入惰性电极(加入惰性电极(PtPt、C)C)。若参加电极反应的物质中有纯气体、液体或固体,如
7、。若参加电极反应的物质中有纯气体、液体或固体,如ClCl2 2(g g)、)、BrBr2 2(l l)等,则应写在惰性电极一边。)等,则应写在惰性电极一边。例如:例如:PtPt,HgHg,Hg Hg2 2ClCl2 2 ClCl-(C C)负极:负极:H2 2e =2H+正极:正极:Fe3+e =Fe2+()Pt,H2(p)H+(1moldm-3)Fe3+(1moldm-3),Fe2+(1 moldm-3)Pt(+)总反应:总反应:H2+2 Fe3+=2H+2 Fe2+要求:要求:1.1.题中给出电池符号,要能够写出半反应和总反应方程式题中给出电池符号,要能够写出半反应和总反应方程式2.2.题
8、中给出总反应方程式,要能够写出电池符号和半反应题中给出总反应方程式,要能够写出电池符号和半反应6.2.2 电极电势(电极电势()1 1、电极电势的产生、电极电势的产生不论是哪种性质的双电层,不论是哪种性质的双电层,它们都在它们都在金属电极和其盐溶金属电极和其盐溶液之间产生电位差,液之间产生电位差,叫做金叫做金属的电极电势。其数值等于属的电极电势。其数值等于金属表面与盐溶液的电势差。金属表面与盐溶液的电势差。不同金属在相同浓度的盐溶液中,电极电势值不同金属在相同浓度的盐溶液中,电极电势值是不同的。是不同的。金属越活泼,溶解成离子的倾向越大于沉积的金属越活泼,溶解成离子的倾向越大于沉积的倾向,平衡
9、时,单位面积极板上积累的负电荷越倾向,平衡时,单位面积极板上积累的负电荷越多,电极电势越低。多,电极电势越低。金属越不活泼,沉积的倾向越大,平衡时,极金属越不活泼,沉积的倾向越大,平衡时,极板上积累的正电荷越多,电极电势越高。板上积累的正电荷越多,电极电势越高。金属的电极电势是衡量金属失去电子能力大小的金属的电极电势是衡量金属失去电子能力大小的尺度,是比较金属活泼性强弱的标准。尺度,是比较金属活泼性强弱的标准。为了便于比较,必须规定统一的外界条件,提出为了便于比较,必须规定统一的外界条件,提出了了标准电极电势标准电极电势的概念。的概念。定义;在温度为定义;在温度为298.15K298.15K时
10、,金属和该金属离子时,金属和该金属离子的浓度的浓度(严格地讲应为严格地讲应为活度活度)为为1M1M的溶液相接触的电的溶液相接触的电势,叫做金属的标准电极电势,以势,叫做金属的标准电极电势,以E E 或或 表示。表示。国际上规定氢电极作为标准电极,并国际上规定氢电极作为标准电极,并规定在任何温度下,标准氢电极的(平规定在任何温度下,标准氢电极的(平衡)电极电势为零。衡)电极电势为零。以以 (H+/H2)=0.0000V表示。表示。l E=正正 -负负 如测如测:(Cu2+/Cu)=?解:解:(-)Pt,H2(100kPa)|H+(1mol.dm-3)Cu2+(1mol.dm-3)|Cu(+)E=
11、(Cu2+/Cu)-(H+/H2)(Cu2+/Cu)=El标准电极电势(标准电极电势()2 2、影响电极电势的因素、影响电极电势的因素-能斯特方程能斯特方程能能斯特斯特(Nernst)方程方程(c,p,pH的关系的关系)xA(氧化型氧化型)+ne y B(还原型还原型)yxc)/()/c(lgnF2.303RT还原型氧化型yxc)/()/c(lgn0.059还原型氧化型298K时时求非标准状况求非标准状况的电极电势的电极电势V02.147.049.1)lg(1050.05949.1/c2Mn8)/c)(H/c4(MnOlg50.05985-/MnMnO/MnMnO2424解:电极反应解:电极反
12、应 MnO4 +8H+5e=Mn2+4H2O例例:求在求在c(MnO4)=c(Mn2+)=1.0moldm 3时,时,pH=5的的溶液中溶液中MnO4-/Mn2+的数值。的数值。可见可见:(1):(1)为正极为正极,(2)(2)为负极为负极,其电动势为其电动势为:这种电池称为浓差电池,电动势太小。这种电池称为浓差电池,电动势太小。例题:用以下二电极组成原电池:例题:用以下二电极组成原电池:(1)Zn(1)ZnZnZn2+2+(1.0mol1.0mol.kgkg-1-1)(2)Zn(2)ZnZnZn2+2+(0.001mol(0.001mol.kgkg-1-1)判断正、负极,计算电动势。判断正、
13、负极,计算电动势。解:按能斯特方程式:解:按能斯特方程式:2 2(Zn(Zn2+2+/Zn)=/Zn)=l lg g(0 0.0 00 01 1)2 20 0.0 05 59 92 2V V =-0.8506V=-0.8506V (Zn(Zn2+2+/Zn)=/Zn)=-0.7618V=-0.7618V1VE089.021 下列三个电对中,在标准条件下,哪个是最强的氧化剂?下列三个电对中,在标准条件下,哪个是最强的氧化剂?)(77.023VFeFe (MnO4-/Mn2+)=+1.507V (Br2/Br-)=+1.066V (I2/I-)=+0.535V判断反应的方向判断反应的方向2Fe2+
14、I2 2Fe3+2I-)(535.02V反应向逆方向进行。反应向逆方向进行。在标准状态下:氧化能力:在标准状态下:氧化能力:MnO4-Br2I2 还原能力:还原能力:I-Br-Mn2+2Fe3+2Fe2+Sn2+Sn4+VVFeFeSnSn770.0,15.02324/习题习题:将下列反应组成原电池将下列反应组成原电池 1 1、用符号表示原电池的组成、用符号表示原电池的组成2 2、计算标准态时原电池的电动势、计算标准态时原电池的电动势 (已知:已知:)+Fe3+Fe2+Sn2+Sn4+C1C2C3C4PtPt-,VVVESnSnFeFe62.015.0770.02423/解:解:1、2、6.3
15、 电化学腐蚀原理电化学腐蚀原理 1 1、热力学原理、热力学原理 (1 1)大电池腐蚀大电池腐蚀 (2 2)微电池腐蚀微电池腐蚀 2 2、动力学原理、动力学原理 热力学原理说明了腐蚀的可能性热力学原理说明了腐蚀的可能性,而金属腐蚀是否真的而金属腐蚀是否真的发生则取决于腐蚀的动力学原理发生则取决于腐蚀的动力学原理,即腐蚀速率的大小。即腐蚀速率的大小。极化:极化:由于电池中有电流流过,阴极电势负移、阳极电由于电池中有电流流过,阴极电势负移、阳极电势正移,两极间电势差减小的现象。势正移,两极间电势差减小的现象。3 3、阴极保护法、阴极保护法 (1)牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法 这是将较活泼金属或其合金
16、连接在被保护的金属上这是将较活泼金属或其合金连接在被保护的金属上,使使形成原电池的方法形成原电池的方法 。较活泼金属作为腐蚀电池的较活泼金属作为腐蚀电池的阳极阳极而被腐蚀而被腐蚀,被保护的金被保护的金属得到电子作为属得到电子作为阴极阴极而达到保护的目的而达到保护的目的 。常用牺牲阳极是常用牺牲阳极是AlAl、ZnZn和和MgMg的合金。的合金。牺牲阳极法常用于保护海轮外壳牺牲阳极法常用于保护海轮外壳,锅炉和海底设备锅炉和海底设备.阳阳极金属的表面积为被保护金属表面积的极金属的表面积为被保护金属表面积的 1%1%5%5%左右左右,分散分散于被保护金属的表面。一定时间以后于被保护金属的表面。一定时
17、间以后,更换新的负极。更换新的负极。(2)外加电流法外加电流法 在外加直流电的作用下在外加直流电的作用下,用废钢或石墨等难溶性导电用废钢或石墨等难溶性导电物质作为阳极物质作为阳极,将被保护金属作为电解池的阴极而进行保将被保护金属作为电解池的阴极而进行保护的方法。护的方法。_+地下金属管道地下金属管道4、阳极保护法、阳极保护法 阳极保护一般是外加阳极电流提高被保护金阳极保护一般是外加阳极电流提高被保护金属的电势,使金属转入并稳定在钝态。在热力发属的电势,使金属转入并稳定在钝态。在热力发电厂中,采用的中性水处理工况就是根据电厂中,采用的中性水处理工况就是根据H2O2或或O2具有氧化性,能使钢铁转入
18、钝态来防止腐蚀的。具有氧化性,能使钢铁转入钝态来防止腐蚀的。在此系统中的水所溶解的在此系统中的水所溶解的氧氧和和二氧化碳二氧化碳是引起该系统金属是引起该系统金属腐蚀的主要原因。腐蚀的主要原因。6.4.1 氧腐蚀氧腐蚀1、(1)腐蚀机理腐蚀机理 反应如下:反应如下:阳极:阳极:Fe Fe2+2e 阴极:阴极:O2+2H2O+4e4OH6.4 给水系统金属的腐蚀给水系统金属的腐蚀(2)特征特征 钢铁发生氧腐蚀时,常常在其表面形成许多直径钢铁发生氧腐蚀时,常常在其表面形成许多直径1mm30mm不等不等的小型鼓包,鼓包表层的颜色由黄褐色到砖红色,次层是黑色粉末状腐的小型鼓包,鼓包表层的颜色由黄褐色到砖
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