[发明专利]一种氯化物熔盐腐蚀的在线监测与调控方法

说明书

本发明公开了一种氯化物熔盐腐蚀的在线监测与调控方法。其包括下述步骤：通过腐蚀电化学测试方法，获得金属镁不同添加量下，工作电极在待测熔盐中的极化曲线；确定腐蚀控制指标：包括腐蚀电位、腐蚀电流密度和线性极化电阻；在线检测待测熔盐的腐蚀电位、腐蚀电流密度和线性极化电阻即可；对待测熔盐的腐蚀性进行在线监测，当在线检测的腐蚀指标(腐蚀电位、腐蚀电流密度或者线性极化电阻)不满足熔盐腐蚀控制指标时，通过向待测熔盐中添加适量金属镁使在线检测的指标达到腐蚀控制指标范围内，从而实现对待测熔盐腐蚀的在线监测与调控。

技术领域

本发明涉及一种氯化物熔盐腐蚀的在线监测与调控方法，具体涉及一种含氯化镁的碱金属熔盐腐蚀的在线监测与调控方法。

背景技术

由碱金属或碱土金属氯盐混合组成的氯化物熔盐具有稳定性好、热容及热导率高、工作温度范围宽等特点，是极具竞争力的太阳能集热候选介质。研究者们已从熔盐物性、热循环稳定性、材料相容性、综合经济性等角度对不同组成的氯化物熔盐开展了大量的研究工作，筛选出综合性能优异的氯化物熔盐体系。其中，MgCl₂-NaCl-KCl熔盐(摩尔百分比为45.4％-33.0％-21.6％，下文采用缩写“MNKC”代表该熔盐体系)以其较低的熔点(385℃)、较高的热容(1.180J·g^-1·K^-1)、较低的成本(325美元/吨，4.95美元/KWh)吸引了众多研究者的注意。其中，低熔点在工程上具有重要意义，一方面可提高熔盐介质的工作温度范围，另一方面可以降低熔盐管道发生冻堵的可能性，提高集热系统整体的可靠性。

熔盐材料相容性问题是研究者们关注最多的问题之一，也是基于熔盐介质的太阳能集热系统能否成功的核心问题之一。尽管氯盐对各类高温合金的本征腐蚀很低，甚至低于氟盐对金属的本征腐蚀，然而由于水、氧杂质不可避免的存在氯化物熔盐中，在高温下带来的腐蚀实际是非常严重的，特别是在环境中氧分压控制不好的条件下。即使在惰性气氛下，由于氯盐中杂质驱动引起的腐蚀仍不容忽视。熔盐杂质的存在甚至被认为是引起氯盐或氟盐腐蚀加剧的最重要原因。因此，熔盐净化是熔盐腐蚀控制的重要手段。

熔盐电位是决定熔盐对合金腐蚀速率的另外一个重要参数。熔盐电位由熔盐自身的组成、杂质、及所处的环境共同决定。通过净化熔盐、添加氧化还原缓冲离子对、或控制熔盐覆盖气的组成可以使熔盐保持较低电位从而达到腐蚀控制的目的。

金属镁在氯化物熔盐中具有一定的溶解度。虽然现有技术中有加入金属镁对含镁氯化物熔盐进行防腐的例子，但由于镁在高温下具有较强的挥发性，其对熔盐的腐蚀性抑制作用随时间发生波动，因此需要对其进行在线监测与调控，使熔盐保持较低的腐蚀性。目前现有技术中仍未有针对含有金属镁的氯化物熔盐体系熔盐腐蚀在线监测与调控的情形。线下取样分析镁浓度理论上可行，但实际操作困难、成本高，熔盐样品取出接触环境后已不能代表其本来的状况，且分析周期长，已不属于“在线”监测，实际基本不考虑这种办法。

针对其它熔盐体系的在线监测也很少。中国专利文献CN102235966A公开了一种用于在线监测熔盐腐蚀的系统和方法，其主要是采用多个电极协同工作获得被监测燃气轮机上的熔盐腐蚀情况，并不针对特定的熔盐体系。

该问题亟待解决。

发明内容

本发明实际解决的技术问题是克服了现有技术中熔盐腐蚀在线监测难度高、实施困难的缺陷，提供了一种氯化物熔盐腐蚀的在线监测与调控方法。

腐蚀电位、腐蚀电流密度、线性极化电阻是腐蚀电化学领域检测金属腐蚀的常规手段，在非熔盐的常温体系如水体系、油体系有较多腐蚀在线监测的应用。高温熔盐体系由于参比电极的寿命有限(通常只有几十个小时)，制约了该方法作为在线监测技术的应用。目前尚未见到含有金属镁的氯化物熔盐针对任一金属单质或合金腐蚀电位、腐蚀电流密度或线性极化电阻与金属镁添加量量化关系的报道。