循环水中不锈钢缝隙腐蚀数值模拟研究

文　博

(西安石油大学机械工程学院，陕西　西安　710065)



循环水中不锈钢缝隙腐蚀数值模拟研究

文博

(西安石油大学机械工程学院，陕西西安710065)

采用Comsol有限元软件对316L不锈钢在循环水溶液中一维稳态缝隙腐蚀过程进行了数值计算与模拟。求解域求解的控制方程包含了电迁移、对流、扩散等过程，电极反应动力学采用的阳极塔菲尔关系式，计算了电势分布、氯离子浓度及pH分布。计算出的pH与氯离子浓度的分布规律与文献值趋势接近。本研究还模拟了本体溶液不同的初始pH值和氯离子浓度对缝隙内离子浓度与pH分布的影响。本模拟研究的结果为接下来缝隙内闭塞区的研究提供了依据。

316L不锈钢；缝隙腐蚀；数值模拟

在管壳式换热器中，管子、管板与焊缝之间的狭小缝隙，由于氧气扩散受阻，形成“大阴小阳”，然后缝隙内的自催化作用使缝隙内的pH不断降低，导致钝化膜破裂引起缝隙腐蚀。本文假设反应界面处于活化状态，利用Comsol软件模拟了316L在循环水中的缝隙腐蚀过程，计算了缝隙内的pH与氯离子分布，研究结果有助于接下来对缝隙内部多种金属的组合进行研究。

1　计算模型

模型建立在金属腐蚀反应、平衡反应及其扩散、电荷平衡的基础上。缝隙内的九个主要反应为阳极主要金属的溶解反应及一次水解平衡反应和二次水解平衡反应。

1.1几何模型

图1　模拟模型

我们通常将金属间的狭长缝隙作为缝隙腐蚀的研究对象，并且假设缝隙的长度远远大于缝隙的深度。……