第六章电厂金属设备的PPT讲稿.ppt
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1、第六章电厂金属设备的第1页,共43页,编辑于2022年,星期三6.1 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第2页,共43页,编辑于2022年,星期三 金金属属腐腐蚀蚀是是指指金金属属表表面面与与周周围围环环境境发发生生化化学学或或电电化化学学作作用用而而引引起起金金属属破破坏坏或或变质的现象。金属腐蚀按
2、其腐蚀机理的不同可分为变质的现象。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学腐蚀电化学腐蚀两类。两类。1 1化学腐蚀化学腐蚀 金金属属的的表表面面与与其其周周围围介介质质直直接接进进行行化化学学反反应应,在在不不产产生生电电流流的的情情况况下下使使金金属属遭遭到到破破坏坏的的现现象象称称为为化化学学腐腐蚀蚀。这这种种腐腐蚀蚀多多发发生生在在非非导导体体中中或或干干燥燥气气体体中中。例例如如炉炉管管的的外外表表面面受受高高温温炉炉烟烟的的氧氧化化,在在过过热热蒸蒸汽汽中中形形成成的的汽汽水水腐腐蚀蚀,不不含含水水的润滑油对金属的腐蚀等,均属于化学腐蚀类。的润滑油对金属的腐蚀等,均
3、属于化学腐蚀类。2 2电化学腐蚀电化学腐蚀 在在金金属属遭遭到到破破坏坏的的过过程程中中,伴伴有有电电流流产产生生的的腐腐蚀蚀称称为为电电化化学学腐腐蚀蚀。金金属属在在水水溶溶液液中中或或在在潮潮湿湿空空气气中中的的腐腐蚀蚀,属属于于电电化化学学腐腐蚀蚀。如如在在电电厂厂,原原水水、补补给给水水、给给水水、锅炉水、冷却水以及与湿蒸汽接触的设备所遭受的腐蚀等。锅炉水、冷却水以及与湿蒸汽接触的设备所遭受的腐蚀等。第3页,共43页,编辑于2022年,星期三1.1.水蒸汽腐蚀水蒸汽腐蚀 Fe+HFe+H2 2O FeO Fe3 3O O4 4+4H+4H2 2or Fe+Hor Fe+H2 2O=Fe
4、O+HO=FeO+H2 2 2FeO+H 2FeO+H2 2O=FeO=Fe3 3OO4 4+H+H2 22.2.钢的脱碳钢的脱碳 Fe Fe3 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第4页,共43页,编辑于2022年,星期三 1.1.半电池和电极:半电池和电极:锌锌片和锌盐溶液构成片和锌盐溶液构成锌半电池锌半电池。组成电池
5、。组成电池的导体叫做的导体叫做电极电极。给。给出电子的极叫做出电子的极叫做负极负极。铜片和铜盐溶液构铜片和铜盐溶液构成成铜半电池铜半电池。得到电子。得到电子的极,叫做正极。的极,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,既起到固定溶液的合液,既起到固定溶液的作用,又起到沟通电路、作用,又起到沟通电路、使溶液保持电中性的作用。使溶液保持电中性的作用。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起个灵敏电流计与两个电极串联起来。来。6.2.16.2.1原
6、电池原电池6.2 电化学基础知识电化学基础知识第5页,共43页,编辑于2022年,星期三 负极:负极:Zn 2e =Zn2+正极:正极:Cu2+2e =Cu()Zn Zn2+(c1/moldm-3)Cu2+(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
7、,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,需加入分开(液液)。若电极反应中无金属导体,需加入惰性电极(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。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)第6页,共43页,编辑于2022年,星期三 负极:负极:H2 2e =2H+正极:正极:Fe3+e =Fe2+()Pt,H2(p)H+(1moldm-3)Fe
8、3+(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第7页,共43页,编辑于2022年,星期三6.2.2 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,它不论是哪种性质的双电层,它们都在们都在金属电极和其盐溶液之间金属电极和其盐溶液之间产生电位差,产生电位差,叫做金属的电极
9、电叫做金属的电极电势。其数值等于金属表面与盐溶势。其数值等于金属表面与盐溶液的电势差。液的电势差。第8页,共43页,编辑于2022年,星期三不同金属在相同浓度的盐溶液中,电极电势值是不同的。不同金属在相同浓度的盐溶液中,电极电势值是不同的。金属越活泼,溶解成离子的倾向越大于沉积的倾向,金属越活泼,溶解成离子的倾向越大于沉积的倾向,平衡时,单位面积极板上积累的负电荷越多,电极电平衡时,单位面积极板上积累的负电荷越多,电极电势越低。势越低。金属越不活泼,沉积的倾向越大,平衡时,极板上金属越不活泼,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。积累的正电荷越多,电极电势越高。第9页,
10、共43页,编辑于2022年,星期三金属的电极电势是衡量金属失去电子能力大小的尺度,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。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,提出了为了便于比较,必须规定统一的外界条件,提出了标准电标准电极电势极电势的概念。的概念。定义;在温度为定义;在温度为298.15K298.15K时,金属和该金属离子的浓度时,金属和该金属离子的浓度(严格地讲应为严格地讲应为活度活度)为为1M1M的溶液相接触的电势,叫做金属的溶液相接触的电势,叫做金属的标准电极电势,以的标准电极电势,以E E 或或 表示。表示。第10页,共
11、43页,编辑于2022年,星期三 国际上规定氢电极作为标准电极,并规定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(平衡)电极在任何温度下,标准氢电极的(平衡)电极电势为零。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=(Cu2+/Cu)-(H+/H2)(Cu2+/Cu)=El标准电极电势(标准电极电势()第11页,共43页,编辑于2022年,星期三2 2、影响电极电势的因素、影响电极电势的因素-能
12、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)298K时时求非标准状况的求非标准状况的电极电势电极电势第12页,共43页,编辑于2022年,星期三解:电极反应解:电极反应 MnO4 +8H+5e=Mn2+4H2O例例:求在求在c(MnO4)=c(Mn2+)=1.0moldm 3时,时,pH=5的溶液中的溶液中MnO4-/Mn2+的数值。的数值。第13页,共43页,编辑于2022年,星期三 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
13、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、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)=-0.8506V=-0.8506V (Zn(Zn2+2+/Zn)=/Zn)=-0.7618V=-0.7618V第14页,共43页,编辑于2022年,星期三下列三个电对中,在标准条件下,哪个是最强
14、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?(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+I2 2Fe3+2I-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+第15页,共43页,编辑于2022年,星期三习题习题: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:
15、)解:解:1、2、第16页,共43页,编辑于2022年,星期三6.3 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发生则而金属腐蚀是否真的发生则取决于腐蚀的动力学原理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、阳极电势正移,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。两极间电势差减小的现象。第17页,共43页,编辑于2
16、022年,星期三3 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,使形成原电池使形成原电池的方法的方法 。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,被保护的金属得被保护的金属得到电子作为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.阳极金阳极金属的表面积为被保护金属表面积的属的表面积为被保
17、护金属表面积的 1%1%5%5%左右左右,分散于被保护分散于被保护金属的表面。一定时间以后金属的表面。一定时间以后,更换新的负极。更换新的负极。第18页,共43页,编辑于2022年,星期三第19页,共43页,编辑于2022年,星期三(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物用废钢或石墨等难溶性导电物质作为阳极质作为阳极,将被保护金属作为电解池的阴极而进行保护的将被保护金属作为电解池的阴极而进行保护的方法。方法。_+地下金属管道地下金属管道第20页,共43页,编辑于2022年,星期三4、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
18、保护金属的电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。在热力发电厂中,采用势,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的中性水处理工况就是根据H2O2或或O2具有氧化性,能使具有氧化性,能使钢铁转入钝态来防止腐蚀的。钢铁转入钝态来防止腐蚀的。第21页,共43页,编辑于2022年,星期三 在在此此系系统统中中的的水水所所溶溶解解的的氧氧和和二二氧氧化化碳碳是是引引起起该该系系统统金金属属腐腐蚀蚀的的主要原因。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+
19、2H2O+4e4OH6.4 给水系统金属的腐蚀给水系统金属的腐蚀第22页,共43页,编辑于2022年,星期三(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不等的小不等的小型鼓包,鼓包表层的颜色由黄褐色到砖红色,次层是黑色粉末状腐蚀坑陷,称为型鼓包,鼓包表层的颜色由黄褐色到砖红色,次层是黑色粉末状腐蚀坑陷,称为溃溃疡性腐蚀疡性腐蚀。腐蚀产物之所以呈现不同的颜色,是因为铁离子会进一步与水中某些腐蚀产物之所以呈现不同的颜色,是因为铁离子会进一步与水中某些物质发生反应,形成了各种形态的氧化铁。物质发生反应,形成了各种形态的氧化铁。(3
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