Простий спосіб інгібування корозії вуглецевої сталі розплавленою нітратною сіллю для зберігання тепла в концентраційних сонячних енергетичних додатках

Предмети

Анотація

Корозія є важливою проблемою у високотемпературних додатках, таких як технологія концентрованої сонячної енергії (CSP), яка відіграє вирішальну роль у довгостроковому використанні накопичувальних резервуарів, теплообмінника та матеріалів для трубопроводів, що становить значну складову інвестиційних витрат. Незважаючи на те, що існує багато досліджень щодо швидкості корозії контейнерних матеріалів в умовах CSP, є невеликий прогрес у галузі запобігання їх деградації антикорозійними методами. Ця робота представляє аналіз механізмів корозії між найбільш економічним будівельним матеріалом - вуглецевою сталлю - та розплавленою нітратною сіллю. Запропоновано метод захисту вуглецевої сталі від корозії розплавленою сіллю при високій температурі, що передбачає утворення шару карбонату кальцію на поверхні вуглецевої сталі. Стійкість шару випробовували в умовах ізотермічної та температурної циклічності до 500 ° C, як в інертній, так і в атмосфері повітря за наявності або відсутності вологості. Запропонований метод захисту може зменшити інвестиційні витрати на технологію CSP.

Вступ

Дослідження корозії деяких термохімічних матеріалів (ТКМ) та матеріалів із фазовою зміною (ПХМ) з різними будівельними матеріалами можна знайти в посиланні. 26,27,28,29,30. Загалом можна помітити, що нержавіючі сталі SS316 та SS304 стійкі до корозії низькотемпературними PCMs/TCM, включаючи гексагідрат нітрату цинку, 26 додекагідрат фосфату гідрогену, 26 Na2S/H2O (посилання 30) та інші. 27,28,29 Хоча алюміній часто піддається корозії цими матеріалами, 26 демонструючи стійкість до деяких комерційних PCM, таких як Na2SO4 + H2O та MgSO4 · 7H2O (посилання 27). Мідь часто демонструє погану корозійну поведінку, особливо з Na2S/H2O (посилання 30), CaCL2, Na2S, Ca (OH) 2, MgCl2 та MgSO4 (посилання 29).

Огляд рідин, що передають тепло, що використовуються в CSP, міститься в посиланні. 1 Це включає рідини, такі як олії, розплавлені солі та розплавлені метали, а також їх аспекти корозії з іншими матеріалами, що використовуються для контейнерів.

Згідно з літературою, очевидно, що найбільш економічно привабливий матеріал, а саме вуглецева сталь, не може номінально підтримувати суворі умови розплавленої солі при високій температурі. Така несумісність є перешкодою для зменшення нівельованої вартості електроенергії (LCOE), що виробляється CSP, якщо така технологія вимагає використання дорогих або спеціалізованих будівельних матеріалів.

З огляду літератури випливає, що основним механізмом руйнування будівельних матеріалів є окислення, якщо максимальна температура нижче розкладання розплавленої солі. Дві основні стратегії поліпшення сумісності будівельних матеріалів з розплавленими солями: (i) використання металевих сплавів з високим вмістом Cr та/або Ni; та (ii) використання стійких антикорозійних покриттів. Враховуючи, що інвестиційні витрати на технологію CSP відіграють вирішальну роль, нові надійні методи антикорозійного захисту є конкретними цілями.

У цій роботі ми пропонуємо новий простий метод нанесення розпилювача для поліпшення корозійної стійкості вуглецевої сталі проти атаки розплавленої нітратної солі, розширення терміну його служби та діапазону робочих температур, особливо для технології CSP.

Результати і обговорення

Ізотермічні випробування на корозію

Ізотермічні випробування на корозію вуглецевої сталі A516.Gr70, не експонованої до графітового шару (не графітована), з гідратованим HitecXL. Сіль H2O утворює корозійний шар, що спостерігається за допомогою аналізу поперечного перерізу SEM (рис. 1а, б). Рентгенографічний аналіз поверхні зразків показав, що шар складається з оксидів заліза у фазах магнетиту та гематиту (рис. S3). З іншого боку, SEM-аналіз показує утворення захисного шару на поверхні вуглецевої сталі, яка є шаром карбонату заліза, як обговорювалося в нашій попередній роботі. 20 Очікується, що цей шар буде захисним. 38,39,40,41