Методы расчета термодинамических потенциалов при оценке состава оксидного слоя на поверхности металлов
Ключевые слова:
термодинамические потенциалы, изменение энергии Гиббса, водно-химический режим, конструкционные материалы, тепловые и атомные электростанции
Аннотация
Для выбора водно-химического режима на тепловых и атомных электростанциях необходимы данные о составе оксидного слоя, образующегося на поверхности металла при его контакте с теплоносителем. Это позволит оценить процессы, протекающие на поверхности металла. Одним из способов, который может быть использован, является расчёт диаграмм Пурбэ, позволяющих установить процессы, проходящие на поверхности металла, в зависимости от окислительно-восстановительного потенциала и рН. Для расчёта подобных диаграмм требуется определённый набор термодинамических данных, позволяющих оценить возможность протекания различных химических реакций в системе водный теплоноситель – металл. Однако не все термодинамические данные представлены в литературе, особенно при высоких параметрах.
Рассмотрены два новых метода расчета термодинамических потенциалов оксидов и гидроксидов металлов. Первый — метод относительного отклонения, используемый для расчётов в температурном интервале теплоносителя 25…327 оС; второй — метод относительного изменения, служащий для температур 327…827 С и необходимый для уточнения значений по первому методу. Оба метода можно применять для оценки наиболее вероятной области образования защитных оксидных пленок на поверхности конструкционных материалов при контакте с водным теплоносителем.
Литература
1. Lee J.B. Elevated Temperature Potential-pH Diagrams for the Cr–H2O, Ti–H2O, Mo–H2O and Pt–H2O Systems // Corrosion. 1981. V. 37. No. 8. Рp. 467—481.
2. Петрова Т.И. Основы методики построения диаграмм состояния железа и меди. М. Изд-во МЭИ, 1976.
3. Macdonald D.D., Shierman G., Butler P. The Thermodynamics of Metal-water Systems at Elevated Temperatures. Ontario: AECL, 1972.
4. Петрова Т.И., Рогалев А.Н., Селиванов Е.А. Выбор конструкционных материалов и водно-химического режима для тепловых электростанций ультрасверхкритических параметров // Новое в российской электроэнергетике. 2016. № 7. С. 22—31.
5. Тумановский А.Г. и др. Пылеугольные энергоблоки на супер- и ультрасверхкритические параметры пара // Теплоэнергетика. 2017. № 2. С. 3—19.
6. Petrova T.I., Selivanov E.A. Using of Pourbaix Diagram for Evaluation of Water Chemistry Recommended for Ultra-supercritical Parameter of Water Coolant // J. Physics: Conf. Series. 2017. V. 891(1). P. 012262.
7. Карапетьянц М.Х. Методы сравнительного расчета физико-химических свойств. М.: Наука, 1965.
8. Киреев В.А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций, М.: Химия, 1975.
9. Тюрин А.Г. Термодинамика химической и электрохимической устойчивости твердых сплавов железа, хрома и никеля. Челябинск: Изд-во Челябинского гос. ун-та, 2011.
10. Гамбург Ю.Д. Химическая термодинамика. М.: Лаборатория знаний, 2016.
11. Уикс К.Е., Блок Ф.Е. Термодинамические свойства 65 элементов, их окислов, галогенидов, карбидов и нитридов. М.: Металлургия, 1965.
12. Kelly K.K. High-temperature Heat-content, Heat-capacity, and Entropy Data for the Elements and Inorganic Compounds. Washington: U.S. Government Print. Office, 1960.
13. Гаррелс Р.М., Крайст Ч.Л. Растворы, минералы, равновесия. М.: Мир, 1968.
14. Могутнов Б.М., Томилин И.А., Шварцман Л.А. Термодинамика сплавов железа. М.: Металлургия, 1984.
15. Банных О.А. и др. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. М.: Металлургия, 1986.
16. Гаррелс Р.М. Минеральные равновесия. М.: Мир, 1962
---
Для цитирования: Селиванов Е.А., Петрова Т.И. Методы расчета термодинамических потенциалов при оценке состава оксидного слоя на поверхности металлов // Вестник МЭИ. 2021. № 6. С. 77—81. DOI: 10.24160/1993-6982-2021-6-77-81
---
Работа выполнена при поддержке: РФФИ (проект № 19-38-90213\19)
#
1. Lee J.B. Elevated Temperature Potential-pH Diagrams for the Cr–H2O, Ti–H2O, Mo–H2O and Pt–H2O Systems. Corrosion. 1981;37;8:467—481.
2. Petrova T.I. Osnovy Metodiki Postroeniya Diagramm Sostoyaniya Zheleza i Medi. M. Izd-vo MEI, 1976. (in Russian).
3. Macdonald D.D., Shierman G., Butler P. The Thermodynamics of Metal-water Systems at Elevated Temperatures. Ontario: AECL, 1972.
4. Petrova T.I., Rogalev A.N., Selivanov E.A. Vybor Konstruktsionnykh Materialov i Vodno-khimicheskogo Rezhima dlya Teplovykh Elektrostantsiy Ul'trasverkhkriticheskikh Parametrov. Novoe v Rossiyskoy Elektroenergetike. 2016;7:22—31. (in Russian).
5. Tumanovskiy A.G. i dr. Pyleugol'nye Energobloki na Super- i Ul'trasverkhkriticheskie Parametry Para. Teploenergetika. 2017;2:3—19. (in Russian).
6. Petrova T.I., Selivanov E.A. Using of Pourbaix Diagram for Evaluation of Water Chemistry Recommended for Ultra-supercritical Parameter of Water Coolant. J. Physics: Conf. Series. 2017;891(1):012262.
7. Karapet'yants M.Kh. Metody Sravnitel'nogo Rascheta Fiziko-khimicheskikh Svoystv. M.: Nauka, 1965. (in Russian).
8. Kireev V.A. Metody Prakticheskikh Raschetov v Termodinamike Khimicheskikh Reaktsiy, M.: Khimiya, 1975. (in Russian).
9. Tyurin A.G. Termodinamika Khimicheskoy i Elektrokhimicheskoy Ustoychivosti Tverdykh Splavov Zheleza, Khroma i Nikelya. Chelyabinsk: Izd-vo Chelyabinskogo Gos. Un-ta, 2011. (in Russian).
10. Gamburg Yu.D. Khimicheskaya Termodinamika. M.: Laboratoriya Znaniy, 2016. (in Russian).
11. Uiks K.E., Blok F.E. Termodinamicheskie Svoystva 65 Elementov, Ikh Okislov, Galogenidov, Karbidov i Nitridov. M.: Metallurgiya, 1965. (in Russian).
12. Kelly K.K. High-temperature Heat-content, Heat-capacity, and Entropy Data for the Elements and Inorganic Compounds. Washington: U.S. Government Print. Office, 1960.
13. Garrels R.M., Krayst Ch.L. Rastvory, Mineraly, Ravnovesiya. M.: Mir, 1968. (in Russian).
14. Mogutnov B.M., Tomilin I.A., Shvartsman L.A. Termodinamika Splavov Zheleza. M.: Metallurgiya, 1984. (in Russian).
15. Bannykh O.A. i dr. Diagrammy Sostoyaniya Dvoynykh i Mnogokomponentnykh Sistem na Osnove Zheleza. M.: Metallurgiya, 1986. (in Russian).
16. Garrels R.M. Mineral'nye Ravnovesiya. M.: Mir, 1962. (in Russian)
---
For citation: Selivanov E.A., Petrova T.I. Methods for Calculating Thermodynamic Potentials in Estimating the Oxide Layer Composition on Metal Surfaces. Bulletin of MPEI. 2021;6:77—81. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2021-6-77-81
---
The work is executed at support: RFBR (Project No. 19-38-90213\19)
2. Петрова Т.И. Основы методики построения диаграмм состояния железа и меди. М. Изд-во МЭИ, 1976.
3. Macdonald D.D., Shierman G., Butler P. The Thermodynamics of Metal-water Systems at Elevated Temperatures. Ontario: AECL, 1972.
4. Петрова Т.И., Рогалев А.Н., Селиванов Е.А. Выбор конструкционных материалов и водно-химического режима для тепловых электростанций ультрасверхкритических параметров // Новое в российской электроэнергетике. 2016. № 7. С. 22—31.
5. Тумановский А.Г. и др. Пылеугольные энергоблоки на супер- и ультрасверхкритические параметры пара // Теплоэнергетика. 2017. № 2. С. 3—19.
6. Petrova T.I., Selivanov E.A. Using of Pourbaix Diagram for Evaluation of Water Chemistry Recommended for Ultra-supercritical Parameter of Water Coolant // J. Physics: Conf. Series. 2017. V. 891(1). P. 012262.
7. Карапетьянц М.Х. Методы сравнительного расчета физико-химических свойств. М.: Наука, 1965.
8. Киреев В.А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций, М.: Химия, 1975.
9. Тюрин А.Г. Термодинамика химической и электрохимической устойчивости твердых сплавов железа, хрома и никеля. Челябинск: Изд-во Челябинского гос. ун-та, 2011.
10. Гамбург Ю.Д. Химическая термодинамика. М.: Лаборатория знаний, 2016.
11. Уикс К.Е., Блок Ф.Е. Термодинамические свойства 65 элементов, их окислов, галогенидов, карбидов и нитридов. М.: Металлургия, 1965.
12. Kelly K.K. High-temperature Heat-content, Heat-capacity, and Entropy Data for the Elements and Inorganic Compounds. Washington: U.S. Government Print. Office, 1960.
13. Гаррелс Р.М., Крайст Ч.Л. Растворы, минералы, равновесия. М.: Мир, 1968.
14. Могутнов Б.М., Томилин И.А., Шварцман Л.А. Термодинамика сплавов железа. М.: Металлургия, 1984.
15. Банных О.А. и др. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. М.: Металлургия, 1986.
16. Гаррелс Р.М. Минеральные равновесия. М.: Мир, 1962
---
Для цитирования: Селиванов Е.А., Петрова Т.И. Методы расчета термодинамических потенциалов при оценке состава оксидного слоя на поверхности металлов // Вестник МЭИ. 2021. № 6. С. 77—81. DOI: 10.24160/1993-6982-2021-6-77-81
---
Работа выполнена при поддержке: РФФИ (проект № 19-38-90213\19)
#
1. Lee J.B. Elevated Temperature Potential-pH Diagrams for the Cr–H2O, Ti–H2O, Mo–H2O and Pt–H2O Systems. Corrosion. 1981;37;8:467—481.
2. Petrova T.I. Osnovy Metodiki Postroeniya Diagramm Sostoyaniya Zheleza i Medi. M. Izd-vo MEI, 1976. (in Russian).
3. Macdonald D.D., Shierman G., Butler P. The Thermodynamics of Metal-water Systems at Elevated Temperatures. Ontario: AECL, 1972.
4. Petrova T.I., Rogalev A.N., Selivanov E.A. Vybor Konstruktsionnykh Materialov i Vodno-khimicheskogo Rezhima dlya Teplovykh Elektrostantsiy Ul'trasverkhkriticheskikh Parametrov. Novoe v Rossiyskoy Elektroenergetike. 2016;7:22—31. (in Russian).
5. Tumanovskiy A.G. i dr. Pyleugol'nye Energobloki na Super- i Ul'trasverkhkriticheskie Parametry Para. Teploenergetika. 2017;2:3—19. (in Russian).
6. Petrova T.I., Selivanov E.A. Using of Pourbaix Diagram for Evaluation of Water Chemistry Recommended for Ultra-supercritical Parameter of Water Coolant. J. Physics: Conf. Series. 2017;891(1):012262.
7. Karapet'yants M.Kh. Metody Sravnitel'nogo Rascheta Fiziko-khimicheskikh Svoystv. M.: Nauka, 1965. (in Russian).
8. Kireev V.A. Metody Prakticheskikh Raschetov v Termodinamike Khimicheskikh Reaktsiy, M.: Khimiya, 1975. (in Russian).
9. Tyurin A.G. Termodinamika Khimicheskoy i Elektrokhimicheskoy Ustoychivosti Tverdykh Splavov Zheleza, Khroma i Nikelya. Chelyabinsk: Izd-vo Chelyabinskogo Gos. Un-ta, 2011. (in Russian).
10. Gamburg Yu.D. Khimicheskaya Termodinamika. M.: Laboratoriya Znaniy, 2016. (in Russian).
11. Uiks K.E., Blok F.E. Termodinamicheskie Svoystva 65 Elementov, Ikh Okislov, Galogenidov, Karbidov i Nitridov. M.: Metallurgiya, 1965. (in Russian).
12. Kelly K.K. High-temperature Heat-content, Heat-capacity, and Entropy Data for the Elements and Inorganic Compounds. Washington: U.S. Government Print. Office, 1960.
13. Garrels R.M., Krayst Ch.L. Rastvory, Mineraly, Ravnovesiya. M.: Mir, 1968. (in Russian).
14. Mogutnov B.M., Tomilin I.A., Shvartsman L.A. Termodinamika Splavov Zheleza. M.: Metallurgiya, 1984. (in Russian).
15. Bannykh O.A. i dr. Diagrammy Sostoyaniya Dvoynykh i Mnogokomponentnykh Sistem na Osnove Zheleza. M.: Metallurgiya, 1986. (in Russian).
16. Garrels R.M. Mineral'nye Ravnovesiya. M.: Mir, 1962. (in Russian)
---
For citation: Selivanov E.A., Petrova T.I. Methods for Calculating Thermodynamic Potentials in Estimating the Oxide Layer Composition on Metal Surfaces. Bulletin of MPEI. 2021;6:77—81. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2021-6-77-81
---
The work is executed at support: RFBR (Project No. 19-38-90213\19)
Опубликован
2021-06-02
Выпуск
Раздел
Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты (05.14.14)
