[發明專利]一種氯化物熔鹽腐蝕的在線監測與調控方法

有效

• 申請號: 202010038967.4
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111141670B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 左勇;楊新梅;申淼;陳燕軍;湯睿;劉華劍;曹明鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: G01N17/02
• 分類號: G01N17/02
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 薛琦;劉奉麗

本發明公開了一種氯化物熔鹽腐蝕的在線監測與調控方法。其包括下述步驟：通過腐蝕電化學測試方法，獲得金屬鎂不同添加量下，工作電極在待測熔鹽中的極化曲線；確定腐蝕控制指標：包括腐蝕電位、腐蝕電流密度和線性極化電阻；在線檢測待測熔鹽的腐蝕電位、腐蝕電流密度和線性極化電阻即可；對待測熔鹽的腐蝕性進行在線監測，當在線檢測的腐蝕指標(腐蝕電位、腐蝕電流密度或者線性極化電阻)不滿足熔鹽腐蝕控制指標時，通過向待測熔鹽中添加適量金屬鎂使在線檢測的指標達到腐蝕控制指標范圍內，從而實現對待測熔鹽腐蝕的在線監測與調控。

技術領域

本發明涉及一種氯化物熔鹽腐蝕的在線監測與調控方法，具體涉及一種含氯化鎂的堿金屬熔鹽腐蝕的在線監測與調控方法。

背景技術

由堿金屬或堿土金屬氯鹽混合組成的氯化物熔鹽具有穩定性好、熱容及熱導率高、工作溫度范圍寬等特點，是極具競爭力的太陽能集熱候選介質。研究者們已從熔鹽物性、熱循環穩定性、材料相容性、綜合經濟性等角度對不同組成的氯化物熔鹽開展了大量的研究工作，篩選出綜合性能優異的氯化物熔鹽體系。其中，MgCl₂-NaCl-KCl熔鹽(摩爾百分比為45.4％-33.0％-21.6％，下文采用縮寫“MNKC”代表該熔鹽體系)以其較低的熔點(385℃)、較高的熱容(1.180J·g^-1·K^-1)、較低的成本(325美元/噸，4.95美元/KWh)吸引了眾多研究者的注意。其中，低熔點在工程上具有重要意義，一方面可提高熔鹽介質的工作溫度范圍，另一方面可以降低熔鹽管道發生凍堵的可能性，提高集熱系統整體的可靠性。

熔鹽材料相容性問題是研究者們關注最多的問題之一，也是基于熔鹽介質的太陽能集熱系統能否成功的核心問題之一。盡管氯鹽對各類高溫合金的本征腐蝕很低，甚至低于氟鹽對金屬的本征腐蝕，然而由于水、氧雜質不可避免的存在氯化物熔鹽中，在高溫下帶來的腐蝕實際是非常嚴重的，特別是在環境中氧分壓控制不好的條件下。即使在惰性氣氛下，由于氯鹽中雜質驅動引起的腐蝕仍不容忽視。熔鹽雜質的存在甚至被認為是引起氯鹽或氟鹽腐蝕加劇的最重要原因。因此，熔鹽凈化是熔鹽腐蝕控制的重要手段。

熔鹽電位是決定熔鹽對合金腐蝕速率的另外一個重要參數。熔鹽電位由熔鹽自身的組成、雜質、及所處的環境共同決定。通過凈化熔鹽、添加氧化還原緩沖離子對、或控制熔鹽覆蓋氣的組成可以使熔鹽保持較低電位從而達到腐蝕控制的目的。

金屬鎂在氯化物熔鹽中具有一定的溶解度。雖然現有技術中有加入金屬鎂對含鎂氯化物熔鹽進行防腐的例子，但由于鎂在高溫下具有較強的揮發性，其對熔鹽的腐蝕性抑制作用隨時間發生波動，因此需要對其進行在線監測與調控，使熔鹽保持較低的腐蝕性。目前現有技術中仍未有針對含有金屬鎂的氯化物熔鹽體系熔鹽腐蝕在線監測與調控的情形。線下取樣分析鎂濃度理論上可行，但實際操作困難、成本高，熔鹽樣品取出接觸環境后已不能代表其本來的狀況，且分析周期長，已不屬于“在線”監測，實際基本不考慮這種辦法。

針對其它熔鹽體系的在線監測也很少。中國專利文獻CN102235966A公開了一種用于在線監測熔鹽腐蝕的系統和方法，其主要是采用多個電極協同工作獲得被監測燃氣輪機上的熔鹽腐蝕情況，并不針對特定的熔鹽體系。

該問題亟待解決。

發明內容

本發明實際解決的技術問題是克服了現有技術中熔鹽腐蝕在線監測難度高、實施困難的缺陷，提供了一種氯化物熔鹽腐蝕的在線監測與調控方法。

腐蝕電位、腐蝕電流密度、線性極化電阻是腐蝕電化學領域檢測金屬腐蝕的常規手段，在非熔鹽的常溫體系如水體系、油體系有較多腐蝕在線監測的應用。高溫熔鹽體系由于參比電極的壽命有限(通常只有幾十個小時)，制約了該方法作為在線監測技術的應用。目前尚未見到含有金屬鎂的氯化物熔鹽針對任一金屬單質或合金腐蝕電位、腐蝕電流密度或線性極化電阻與金屬鎂添加量量化關系的報道。