三水醋酸钠相变储热体系中铜换热管的局部腐蚀情况与寿命预测

doi:10.11902/1005.4537.2025.283

中国腐蚀与防护学报 DOI: 10.11902/1005.4537.2025.283

马欢欢¹,吕晟东²,钱溢鑫¹,林勇³,郝湘平⁴,张达威⁴,王鲁宁⁴

1. 北京科技大学新材料技术研究院
2. 广东省佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司
3. 美的集团股份有限公司
4. 北京科技大学

Localized Corrosion and Service Life Prediction of Copper Heat Exchange Tubes in a Sodium Acetate Trihydrate Phase Change Thermal Energy Storage System

引用本文:

马欢欢吕晟东钱溢鑫林勇郝湘平张达威王鲁宁. 三水醋酸钠相变储热体系中铜换热管的局部腐蚀情况与寿命预测[J]. 中国腐蚀与防护学报, 10.11902/1005.4537.2025.283.

全文: PDF(2124 KB)

摘要: 醋酸钠水合盐因其相变储能密度大、具备合适的熔点而被广泛应用于热水器储热系统之中，但这可能造成换热系统中铜管腐蚀并引起换热器件寿命缩短。因此，研究相变材料服役环境下铜管的腐蚀行为，预测服役寿命十分必要。通过扫描电镜、能谱仪和X射线衍射分析模拟实际工况下运行不同时间后热水器整机内部不同部位换热器铜管微观形貌和腐蚀产物类型；通过共聚焦电镜评价腐蚀坑形貌深度；并进一步利用回归模型对不同部位换热器铜管使用寿命进行预测。铜直管、弯管、焊接区域的腐蚀为以孔蚀为主的局部腐蚀。其中，铜弯管出现由拉压应力引起的微裂纹，其腐蚀程度比铜直管严重，预测会在31年后锈穿失效。铜焊管伴随焊接引起的热裂纹和P元素的偏析，腐蚀最为严重，预测35年后锈穿失效。这为热水器内部铜构件的腐蚀与防护提供了进一步的参考信息。

关键词 ：三水醋酸钠, 铜管腐蚀, 孔蚀, 腐蚀机理, 寿命预测

Abstract：Sodium acetate trihydrate is widely employed in water heater thermal storage systems due to its high phase change energy storage density and suitable melting point. However, its use may induce corrosion of copper tubes in heat exchange systems, leading to reduced service life of heat exchange components. Therefore, investigating the corrosion behavior of copper tubes under service conditions with phase change materials and predicting their service life is essential. Scanning electron microscopy, energy-dispersive spectroscopy, and X-ray diffraction were utilized to analyze the microscopic morphology and corrosion product types of copper tubes from different locations within a water heater after simulated operation under actual conditions for varying durations. Confocal laser scanning microscopy was employed to evaluate the morphology and depth of corrosion pits. Furthermore, a regression model was applied to predict the service life of copper tubes at different locations. The corrosion observed in straight copper tubes, bent copper tubes, and welded joints manifested primarily as localized pitting corrosion. Notably, bent copper tubes exhibited microcracks induced by tensile-compressive stresses, resulting in more severe corrosion compared to straight tubes; these are projected to fail by penetration after 31 years. Copper tubes in welded regions, exhibiting thermal cracks from welding and phosphorus (P) element segregation, suffered the most severe corrosion and are predicted to fail by penetration after 35 years. This evidence provides significant reference information for understanding and mitigating corrosion of copper components within water heaters.

Key words： Sodium acetate trihydrate copper tube corrosion pitting corrosion corrosion mechanism life prediction.

收稿日期: 2025-09-06

基金资助:国家自然基金青年基金;广东省基础与应用基础研究基金联合基金

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