● 摘要
地热资源的开发和利用主要通过地热井抽取地热水的方式来实现，在输送过程中大部分都是使用金属管材（不锈钢管，镀锌钢管，碳钢管等）。由于地热水的温度和盐类离子的浓度较高，容易导致金属管材和设备的腐蚀和结垢，从而造成地热水资源的浪费。因此，开展金属管材在地热水环境中腐蚀与结垢问题的研究以及制备出高性能的耐蚀阻垢涂层对我国地热水资源的开发和利用具有重要的现实意义。本文采用扫描电子显微镜（SEM），能谱仪（EDS），X射线衍射仪（XRD），电化学测试等方法研究了304不锈钢管和镀锌钢管在静态模拟地热水环境中的腐蚀与结垢规律，考察了温度，pH值，结垢离子等因素对金属管材在模拟地热水环境中质量，表面形貌，成分组成，腐蚀电化学行为等的影响，以及对聚苯硫醚（PPS）复合涂层在的静态和动态模拟地热水中的阻垢性能和耐蚀性能进行研究。结果表明：不同温度的模拟地热水中，304不锈钢管表面的结垢产物主要为“针”状物，其组成主要为CaCO3，温度的升高可以加速结垢离子在304不锈钢管表面形核成垢以及增强基材的点蚀敏感性。镀锌钢管表面的腐蚀与结垢产物为“球”状物与“针”状物，其组成主要为Zn(OH)2，ZnO，CaCO3和MgCO3。镀锌钢管的增重率随着温度的升高而增大，50℃时镀锌钢管表面分布的腐蚀坑面积较小，数量较多，而65℃和80℃时其表面分布的腐蚀坑面积较大，数量较少。pH值的变化导致304不锈钢的结垢产物形貌发生变化，在pH=6.5和pH=7的地热水中304不锈钢的结垢质量大于pH=7.5时的结垢质量。pH值的升高导致镀锌钢管在模拟地热水中的腐蚀与结垢趋势加重，同时对镀锌钢管早期腐蚀与结垢产物的形貌产生一定的影响。Ca2+和Mg2+离子的存在导致镀锌钢管在模拟地热水中表面的腐蚀坑面积减小，腐蚀与结垢产物的质量增加速度减慢，同时镀锌钢管表面腐蚀与结垢产物的生成对其进一步的腐蚀产生一定的延缓作用。不同PPS复合涂层的初始接触角和表面能的不同导致结垢产物的形貌和生长方式存在一定的差异。在80℃的静态模拟地热水中，聚四氟乙烯（PTFE）/PPS涂层表面结垢产物的分布面积最小，实验10天的PTFE/PPS涂层表面的结垢质量为304不锈钢表面结垢质量的37.3%。在50℃循环模拟地热水中，聚全氟乙丙烯（FEP）/PPS涂层和PTFE/PPS涂层的阻垢效果优于单纯PPS涂层。交流阻抗测试表明，PPS复合涂层在地热水环境中的耐蚀性较好。