Коэффициенты диффузии кислорода при различных вхр и тепловых потоках
|
|
q, кВт/м2 |
pH |
pOH |
СOH- |
СFe, мкг/дм3 |
AвнутрFe, *102 мг/(см2· ч) (средние значения) |
β |
D, м2/с |
|
КАВР |
50 |
8,2 |
5,8 |
1,585∙10-6 |
5,0-10,0 |
0,15 |
0,00364 |
2,26422E-14 |
|
~ 40,0 |
0,17 |
2,90826E-14 |
||||||
|
150 |
8,0 |
6,0 |
1,000∙10-6 |
5,0-10,0 |
0,19 |
0,0028 |
6,13946E-14 |
|
|
~ 40,0 |
0,60 |
6,12245E-13 |
||||||
|
300 |
8,1 |
5,9 |
1,259∙10-6 |
5,0-10,0 |
0,535 |
0,00316 |
3,82184E-13 |
|
|
~ 40,0 |
0,60 |
4,80692E-13 |
||||||
|
АВР |
50 |
9,11 |
4,89 |
1,288∙10-5 |
5,0-10,0 |
0,16 |
0,00924 |
3,99793E-15 |
|
~ 40,0 |
0,465 |
3,37676E-14 |
||||||
|
150 |
9,2 |
4,8 |
1,585∙10-5 |
5,0-10,0 |
0,315 |
0,00944 |
1,48462E-14 |
|
|
~ 40,0 |
0,40 |
2,39395E-14 |
||||||
|
300 |
9,17 |
4,83 |
1,479∙10-5 |
5,0-10,0 |
0,64 |
0,00936 |
6,23372E-14 |
|
|
~ 40,0 |
1,48 |
3,33358E-13 |
||||||
|
ВВР |
50 |
8,77 |
5,23 |
5,888∙10-6 |
5,0-10,0 |
0,1755 |
0,00708 |
8,19269E-15 |
|
~ 40,0 |
0,220 |
1,28741E-14 |
||||||
|
150 |
8,9 |
5,11 |
7,763∙10-6 |
5,0-10,0 |
0,250 |
0,00824 |
1,22734E-14 |
|
|
~ 40,0 |
0,214 |
8,99315E-15 |
||||||
|
300 |
8,78 |
5,22 |
6,026∙10-6 |
5,0-10,0 |
0,956 |
0,00722 |
2,33765E-13 |
|
|
~ 40,0 |
0,977 |
2,44148E-13 |
Для моделирования процесса образования внешнего слоя отложений были учтены не только теплотехнические параметры и тип ВХР, но и физико-химические свойства соединений продуктов коррозии железа в теплоносителе. Если рассматривать процесс образования отложений продуктов коррозии железа как процесс, протекающий с изменением химических потенциалов продуктов коррозии железа, которые отлагаются на поверхности металла, то этот процесс наиболее активно будет протекать для соединений, разность химических потенциалов которых в теплоносителе и на поверхности металла больше.
С этой целью, основываясь на фазовом составе продуктов коррозии железа во внешнем слое отложений, определенном экспериментально, были рассчитаны значения свободной энергии продуктов коррозии железа в теплоносителе и внешнем слое отложений при двух ВХР (АВР и КАВР) и тепловых потоках 50 и 300 кВт/м2 (табл. 5).
Таблица 5
Значения свободных энергий продуктов коррозии железа в теплоносителе и внешнем слое отложений (при t ~ 330°С)
|
Тип ВХР |
Форма существования продуктов коррозии железа в теплоносителе |
ΔFтн, кДж/моль |
Формула для расчета свободной энергии продуктов коррозии железа во внешнем слое |
ΔFвнеш, кДж/моль |
|
АВР (q=50 кВт/м2) |
Fe(ОН)2 , Fe3O4 |
-190,24 |
0,26∙ΔFFe2O3+0,74∙ΔFFe3O4 |
-850,20 |
|
АВР (q=300 кВт/м2) |
Fe(ОН)2 , Fe3O4 |
-190,24 |
0,21∙ΔFFe2O3+0,79∙ΔFFe3O4 |
-862,93 |
|
КАВР (q = 50 кВт/м2) |
Fe(ОН)3 |
-110,50 |
0,25∙ΔFFe2O3+0,75∙ΔFFe3O4 |
-852,74 |
|
КАВР (q=300 кВт/м2) |
Fe(ОН)3 |
-110,50 |
0,27∙ΔFFe2O3+0,73∙ΔFFe3O4 |
-847,65 |
Примечание. ΔFтн – свободная энергия продуктов коррозии железа в теплоносителе; ΔFвнеш – свободная энергия продуктов коррозии железа во внешнем слое отложений.
На основании вышесказанного, в уравнение для расчета скорости образования внешнего слоя отложений продуктов коррозии железа были включены факторы, определяющие кинетику процесса образования внешнего слоя (тепловой поток, время пребывания примеси в объеме теплоносителя, концентрация продуктов коррозии железа в воде) и термодинамические параметры системы теплоноситель - поверхность слоя отложений. Для расчета скорости образования внешнего слоя отложений продуктов коррозии железа предложено использовать следующее уравнение:
(6)
где AвнешFe – скорость образования внешнего слоя отложений продуктов коррозии железа, мг/(см2∙ч); k – эмпирический коэффициент, (дм3∙моль)/(ч·кДж2); СFe – концентрация железа в воде, мг/дм3; ΔFсист – свободная энергия системы, кДж/моль; q – тепловой поток, кВт/м2; τ – время пребывания, с.
Были рассчитаны также значения эмпирического коэффициента k для АВР и КАВР (табл. 6); при проведении расчетов были использованы данные, полученные на экспериментальной установке (табл. 1).
Таблица 6