Ni-P化學(xué)鍍層表面微生物污垢特性分析.pdf

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1、第42卷第4期化工機(jī)械453Ni·P化學(xué)鍍層表面微生物污垢特性分析4徐志明”‘武霖1劉坐東2(1．東北電力大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院；2張一龍2朱新龍1姚響‘華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院)摘要利用化學(xué)鍍Ni．P的方式對(duì)換熱設(shè)備常見的低碳鋼表面進(jìn)行改性利用掃描電鏡對(duì)Ni—P鍍層拍攝電鏡圖，對(duì)鍍層進(jìn)行網(wǎng)格實(shí)驗(yàn)和結(jié)合穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)：然后對(duì)低碳銅片和Ni-P鍍層進(jìn)行微生物污垢對(duì)比實(shí)驗(yàn)，利用稱重法記錄污垢變化情況和光電比濁法記錄鐵細(xì)菌的數(shù)量變化情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，化學(xué)鍍Ni．P鍍層的結(jié)合強(qiáng)度和結(jié)合穩(wěn)定性優(yōu)良，鍍層表面形貌與碳鋼表面相比也較好：對(duì)于由鐵細(xì)菌引起的微生物污垢和垢下腐蝕。Ni—P鍍層相比碳鋼表

2、面具有很好的耐蝕性和抗垢性；Ni．P鍍層的存在會(huì)對(duì)鐵細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖及代謝產(chǎn)生一定的影響。關(guān)鍵詞換熱設(shè)備Ni—P化學(xué)鍍結(jié)合強(qiáng)度結(jié)合穩(wěn)定性微生物污垢鐵細(xì)菌抗垢耐蝕性中圖分類號(hào)TQ051．5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0254-6094(2015)04—0453—07調(diào)查表明，90％以上的換熱器都存在不同程度的污垢問題‘。。換熱設(shè)備污垢問題很大一部分是由循環(huán)冷卻水中產(chǎn)生的微生物污垢引起的。微生物污垢會(huì)顯著增大壁面的污垢熱阻、流動(dòng)阻力和腐蝕速率，威脅設(shè)備安全，造成能源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。如何解決換熱設(shè)備的腐蝕和污垢的問題，一直以來是研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)之一。國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了一些抑制或減輕微生物污垢的研究，如使用殺生

3、劑’2’及脈動(dòng)流。3’4。等措施，但這些方法較傳統(tǒng)，應(yīng)用范圍受冷卻水水質(zhì)要求、換熱設(shè)備運(yùn)行工況及環(huán)境等諸多因素的制約?；瘜W(xué)鍍技術(shù)作為解決換熱設(shè)備防蝕防垢問題的最直接途徑，逐漸應(yīng)用于換熱表面來進(jìn)行防蝕防垢。楊倩鵬等研究了換熱表面鍍銀對(duì)微生物污垢的生長(zhǎng)與形態(tài)的影響，結(jié)果表明鍍銀抑垢效果良好。5。6。于瑞紅等針對(duì)材料的表面自由能、表面粗糙度以及材料之間的界面能對(duì)生物垢的影響做了充分的研究¨。。BohnetM對(duì)碳鋼換熱表面進(jìn)行改性處理，分別鍍覆PTFE、DLCI和DLCII，實(shí)驗(yàn)表明，隨著表面能的降低結(jié)垢誘導(dǎo)期將延長(zhǎng)‘8『。JanghoLee研究了在熱交換器的換熱表面涂上聚四氟乙烯(PTFE)對(duì)換熱

4、設(shè)備性能的影響，結(jié)果表明在聚四氟乙烯厚度為400“m的情況下，平均傳熱系數(shù)要下降20％『9’?；瘜W(xué)鍍Ni．P技術(shù)是制備金屬基功能性涂層的一種方法，目前主要應(yīng)用于使材料表面形成一層含有硬度高、耐磨性能優(yōu)異、自潤(rùn)滑性能好的涂層‘?，然而用于換熱器防垢方面的報(bào)道卻很少”?程延海等采用化學(xué)鍍技術(shù)獲得了不同磷含量的鍍層，污垢沉積實(shí)驗(yàn)和電化學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，抗垢性能與耐蝕性能有內(nèi)在的聯(lián)系‘”。SweeLK實(shí)驗(yàn)證明初始階段生物污垢層是由于多糖附著形成生物凝膠，其可進(jìn)一步誘導(dǎo)附著的蛋白質(zhì)、多糖和生物粒子形成粘性附著物1”+。MeloLF和BottTR對(duì)水系統(tǒng)中多種微生物在換熱表面形成生物膜的發(fā)展機(jī)理進(jìn)行了闡述，并

5、研究了諸多因素(包括流體速度、溫度及顆粒等)對(duì)生物膜的增長(zhǎng)及穩(wěn)定的影響¨4’”1。王洋等對(duì)給水管網(wǎng)管壁中鐵細(xì)菌的生長(zhǎng)特性進(jìn)行了模擬，并研究了剪切力及消毒劑等因素對(duì)其生長(zhǎng)特性的影響，對(duì)給水管網(wǎng)抗腐蝕性能的提高提供了依據(jù)。16‘。關(guān)曉輝等利用污垢熱阻動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，動(dòng)態(tài)模擬了3種致垢菌及其混合菌的微生物污垢形成過程?！?。于大禹等基于模擬循環(huán)冷卻裝置，從松花江水中分離出粘液形成菌，并將各水}國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51476025)。$十徐志明，男，1959年5月生，教授。吉林省吉林市．I320I2454化工機(jī)械2015年質(zhì)參數(shù)與微生物污垢生長(zhǎng)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)研究[1¨20I。筆者利用化學(xué)鍍Ni—P配

6、方對(duì)低碳鋼基材施鍍，對(duì)鍍層的結(jié)合強(qiáng)度和結(jié)合穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試，接著選用工業(yè)循環(huán)冷卻水中易形成微生物污垢的鐵細(xì)菌作為研究對(duì)象，模擬換熱器換熱面微生物污垢沉積實(shí)驗(yàn)，研究Ni．P鍍層表面的微生物污垢特性。1實(shí)驗(yàn)方法1．1化學(xué)鍍的工藝及配方本實(shí)驗(yàn)所采用的化學(xué)鍍基體材料為低碳鋼(Q235A，尺寸30mmX30mmX0．5mm)。鍍液配方見表l，其溫度為88±2℃，pH值為5．2±0．5。工藝流程為：砂紙打磨一堿液除油一水洗一酸洗除銹-+水洗一活化一水洗一化學(xué)鍍。其中除油溶液組成為：氫氧化鈉309／L，碳酸鈉509／L，磷酸三鈉709／L，OP-1049／L，除銹液為20％硫酸，活化液為10％硫酸。表1鍍

7、液配方及工藝參數(shù)1．2鍍層結(jié)合強(qiáng)度評(píng)價(jià)化學(xué)鍍層和基體材料之間的結(jié)合力大小是衡量化學(xué)鍍件質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一，若結(jié)合力小，則鍍層將易于從基體表面剝落，無法起到對(duì)基體的保護(hù)作用。筆者采用ASTM(美國(guó)測(cè)量及材料協(xié)會(huì))B571標(biāo)準(zhǔn)中介紹的網(wǎng)格試驗(yàn)，對(duì)所得化學(xué)鍍層的結(jié)合力進(jìn)行定性判定舊?。1．3鍍層結(jié)合穩(wěn)定性評(píng)價(jià)實(shí)際生產(chǎn)中的換熱器表面由于有污垢的沉積，需要定期進(jìn)行反向沖洗、除垢劑清洗及人工擦洗等操作，因而會(huì)不可避免