李 康，蔣曹楓，高立新

(上海電力學院環(huán)境與化學工程學院，上海 200090)

風力發(fā)電是目前可再生能源中技術較成熟、最具有規(guī)?；_發(fā)條件的發(fā)電方式.隨著風力發(fā)電技術的不斷發(fā)展，風電機的單機容量也在不斷增大［1］，目前大型發(fā)電機組已達3 MW 甚至5 MW以上.風力發(fā)電科技發(fā)展“十二·五”專項規(guī)劃提出，要研究10 MW級風電機組的總體設計技術［2］.隨著單機容量的擴大，風電機的散熱問題也越來越突出［3］.與風冷式發(fā)電機相比，采用液冷系統(tǒng)的發(fā)電機結構更為緊湊，冷卻效率更高，而且機艙可以設計成密封型，避免了艙內風沙雨水的侵入，給風電機組創(chuàng)造了有利的工作環(huán)境［4，5］.因為海上的工作環(huán)境很復雜，所以液冷系統(tǒng)采用B10銅合金作為冷卻管，乙二醇作為冷卻介質.液冷系統(tǒng)除需要解決防凍問題外，還需要進行防腐蝕處理，通常在冷卻介質中添加緩蝕劑，最好是添加能夠在氣液兩相起作用的氣相緩蝕劑［6］.

本文通過模擬海上風電機組的冷卻介質，測定復合緩蝕劑對B10銅鎳合金材料的緩蝕作用，為海上大型風電機的液冷技術的開發(fā)提供參考.

1 實驗部分

實驗材料為φ25mm的B10銅鎳合金管，以管子內表面為工作面，背面焊接引出導線，環(huán)氧樹脂封裝，暴露面積為0.4 cm2.氣相緩蝕劑HJ-20-2由上海東松化工科技發(fā)展有限公司提供，它是一種嗎啉多元胺化合物，白色粉末固體.其余化學品采用分析純試劑.模擬冷卻液為乙二醇溶液，其中含有硫酸根、碳酸氫根和氯離子，其組成見表1.

表1 250mL模擬冷卻液的主要成分

乙二醇在使用過程中會可能部分氧化轉變成為乙醇酸，會使冷卻管的耐蝕性變差［7］.乙二醇的氧化過程如圖1所示.

圖1 乙二醇氧化過程

電化學測試為三電極體系，以飽和甘汞電極為參比電極，Pt電極為輔助電極.文中所給電位均相對于飽和甘汞電極(SCE)的電位.電化學測試系統(tǒng)為CHI系列電化學工作站(上海辰華儀器公司).極化曲線掃描范圍為自腐蝕電位±300 mV，從低到高，掃描速度為2 mV/s.在室溫和自腐蝕電位下進行電化學阻抗試驗，測試阻抗頻率為0.01 ×105～1.0×105Hz，交流激勵幅值為5 mV.

2 結果與討論

2.1 電化學阻抗研究

圖2為B10銅鎳合金電極在不含HJ-20-2氣相緩蝕劑和含有HJ-20-2氣相緩蝕劑的冷卻液中浸泡不同時間的電化學阻抗圖.

由圖2可以看出，B10銅鎳電極在冷卻液中的阻抗譜呈現(xiàn)一個不規(guī)則的容抗弧，容抗弧反映了電極表面保護膜的性質，圖2中半圓直徑對應于電極表面的膜電阻，反映膜的耐蝕性.在不含HJ-20-2氣相緩蝕劑的空白冷卻液中，隨著浸泡時間的增加，B10銅電極的容抗弧逐漸增大，耐蝕性能略有提高.這是因為B10銅電極在乙二醇冷卻液中逐漸生成一層鈍化膜，這層鈍化膜具有一定的保護作用.加入HJ-20-2氣相緩蝕劑后，在2～4 h浸泡時間段，電極的容抗弧直徑與不加HJ-20-2氣相緩蝕劑時的容抗差不多，表明此時緩蝕效果不明顯.但隨著浸泡時間的增加，加有HJ-20-2氣相緩蝕劑的容抗弧開始增大，表明HJ-20-2氣相緩蝕劑對B10銅合金具有一定的緩蝕效果.

圖2 B10銅鎳合金電極在不含和含有0.05 g/L的HJ-20-2氣相緩蝕劑的冷卻介質中浸泡不同時間的電化學阻抗示意

緩蝕協(xié)同作用是許多商品化緩蝕劑配方的基礎.為提高對B10銅鎳合金管的保護效果，我們采用電化學阻抗譜考察了HJ-20-2氣相緩蝕劑和苯甲酸鈉的復配效果，苯甲酸鈉是常用的冷卻介質緩蝕劑.圖3是B10銅鎳合金電極在含有HJ-20-2氣相緩蝕劑和苯甲酸鈉復配后的電化學阻抗譜.

在中性冷卻介質中，銅鎳合金的電化學阻抗譜通?？梢院喕癁閳D4所示的等效電路.

圖3 B10銅鎳合金電極在HJ-20-2氣相緩蝕劑和苯甲酸鈉復配的冷卻介質中浸泡8 h后的電化學阻抗示意

圖4 B10銅鎳合金的電化學阻抗等效電路

圖4中的Q可描述為［8］:

式中:Y0——導納的模值;

j——虛根;

ω——角頻率，ω =2πf(f為頻率);

n——指數(shù)項.

所得電化學參數(shù)見表2.

表2 B10銅鎳合金的電化學阻抗擬合數(shù)據(jù)

從表2可以看出，隨著苯甲酸鈉添加量的增大，B10銅鎳合金電極的電荷傳遞電阻Rt隨之增大，說明苯甲酸鈉和HJ-20-2氣相緩蝕劑的復配使用對B10銅鎳合金具有較好的保護作用;當苯甲酸鈉濃度達到0.4 mol/L時，Rt最大，為3.047×105Ω·m2，此時保護作用最好;但當苯甲酸鈉濃度繼續(xù)增大時，Rt減小，緩蝕效果下降.

2.2 電化學極化曲線研究

圖5為B10銅鎳合金電極在含有HJ-20-2氣相緩蝕劑和苯甲酸鈉復配后的電化學阻抗譜，所得電化學極化曲線擬合結果見表3.

圖5 B10銅鎳合金電極在HJ-20-2氣相緩蝕劑和苯甲酸鈉復配的冷卻介質中浸泡8 h后的電化學極化曲線

表3 B10銅鎳合金電化學極化曲線擬合結果

從圖5可以看出，HJ-20-2氣相緩蝕劑可使B10銅鎳合金電極的腐蝕電位稍正移，其對B10合金的陰極和陽極腐蝕電化學過程均有抑制作用.當HJ-20-2氣相緩蝕劑和苯甲酸鈉復配使用后，B10銅鎳合金電極的腐蝕電位負移，其陰極腐蝕電化學過程受到的抑制進一步加強.從表3可以看出，當苯甲酸鈉加入量為0.4 mol/L時，緩蝕率達到83.23%，緩蝕效果最好.苯甲酸鈉加入量達0.8 mol/L時，腐蝕電位正移，緩蝕效率下降，這可能是因為苯甲酸鈉濃度過大，腐蝕電位與陽極的脫附電位接近，出現(xiàn)了緩蝕劑脫附現(xiàn)象，導致其保護作用下降.極化曲線與電化學阻抗所得結果一致.

3 結論

(1)加入0.05 g/L HJ-20-2氣相緩蝕劑對B10銅鎳合金在模擬冷卻液中具有一定的緩蝕效果，但緩蝕效果并不明顯.

(2)HJ-20-2氣相緩蝕劑與苯甲酸鈉復配使用后，緩蝕效果明顯提高.當復配用量為0.05 g/L的HJ-20-2+0.4 mol/L的苯甲酸鈉時，緩蝕效率最高，可達83.23%.

(3)苯甲酸鈉用量過高，復配緩蝕劑的緩蝕效率反而下降.這可能是由于濃度增大導致膜層脫落.極化曲線與電化學阻抗所得結果一致.

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