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压力容器的露点腐蚀

浏览次数: 发布日期:2020-03-04 12:47

1.露点腐蚀的定义

列管式冷凝器搅拌式反应釜专业生产厂家无锡天骥化工设备2020年3月4日讯  露点腐蚀是指饱和蒸汽因冷却而凝结成液体对材料造成的腐蚀。露点腐蚀按照冷凝液的不同种类可以分为硫酸露点腐蚀、盐酸露点腐蚀、硝酸露点腐蚀以及水露点腐蚀等。

 

2.露点腐蚀的危害

某厂1996 年4 月新增加的2 台锅炉空气预热器在运行仅1a 左右的时间, 因腐蚀穿孔被迫停炉更换, 分析结果认为燃料硫含量高、烟气流速偏低和存在水蒸气形成硫酸露点腐蚀是空气预热器腐蚀的主要原因。

 

某企业煤化稀硝车间的2 台低压反应水冷凝器为固定管板式换热器, 运行约5a 后发现腐蚀严重, 失效分析结果, 其腐蚀原因为硫酸露点腐蚀。

 

3.露点腐蚀的形貌

某炼油厂焦化炉烧高硫渣油, 对流段注水管进料温度在100℃以下,碳钢注水管因露点腐蚀穿孔,见图3.1。

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某乙烯装置裂解炉SHS (超高压蒸汽) 系统不锈钢蒸汽管道内壁露点腐蚀诱发的应力腐蚀开裂, 见图3.2

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原油长输管道加热炉空气预热器钉头管因外壁露点腐蚀造成全面腐蚀减薄, 钉头管根部焊缝发生电偶腐蚀, 加速局部腐蚀减薄, 见图3.3

 

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制氢转化炉不锈钢空气预热器烟气出口端酸露点腐蚀造成不锈钢板片和碳钢烟道全面腐蚀减薄穿孔, 见图3.4

 

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4.露点腐蚀机理

 

硫酸低温露点腐蚀关键是SO3 的生成, 燃料中的 S 在燃烧中被氧化成 SO2 , 而后在一定条件下再进一步氧化成SO3 , 当烟气温度降到400℃以下时SO3 将与烟气中的水蒸气化合生成硫酸蒸气, 硫酸蒸气凝结到受热面上发生低温硫酸腐蚀, 所以 SO3 是导致硫酸露点腐蚀的最重要因素。

 

一般认为加热炉中SO2 →SO3 的转化机理是在高温火焰中直接氧化的, 燃料中的S 及其含量的多少直接关系到硫酸露点腐蚀的程度。一般说来 S 含量越高, 烟气中SO3 的浓度也就越高, 从而硫酸露点腐蚀也就越加严重。

 

关于SO2 转化为SO3 的条件, 研究表明, 除了与 SO2 、 O2 的分压直接相关外, 普遍认为 Fe 和 V 与其他元素形成的化合物以及烟尘积灰起到转化的催化作用。

 

在经验上, 有人提出, 如果燃料S 的质量分数为3%时, 有1%~3%的SO2 转化成SO3 。燃烧的过剩空气量除了与热效率直接相关外, 还和水分含量都直接与腐蚀速率相关。

 

但是设备零件的工作温度是一个先决条件, 也就是只有在酸露点温度以下运行时才能发生这种腐蚀。而且露点温度是随着多种因素的变化而变化的。

 

如燃料中S 的含量, 燃烧中过剩空气量, 大气中或烟气中的水分和SO3 含量、设备零件与烟气接触处的工作温度、设备结构及操作工艺和工况、季节等都是露点温度变化的条件。

 

日本小若等人认为, 锅炉的运行可分为3 个阶段, 第1 阶段 (指运行初期和停运时) 为在较低温度 (≤80℃ ) 和低浓度 ( 质量分数≤60%) H2SO4 介质中的腐蚀, 是处于活化态的电化学腐蚀。

 

第2 阶段 (指正常运行期) 为高温 (约160℃ ) 、高浓度 (质量分数约85%)H2SO4 腐蚀, 也是处于活化态的电化学腐蚀。第3 阶段的温度和浓度与第2 阶段相同, 但是含有大量未燃烧的碳微粒, 在碳微粒的催化氧化作用下, 使Fe2+ 氧化为Fe3+ , Fe3+ 使耐蚀钢 (含有铬或硼的铜钢) 出现第1 次钝化、腐蚀速率降低, 但非耐蚀钢却不钝化, 腐蚀速率仍很高。

 

此外, 烟气中所含 NOx 、吸取剂浆液中的水及水中所含的 Cl- 对金属基体也具有腐蚀能力。凝结的硫酸浓度因产生凝结的金属表面温度不同而异, 见图4.1 为按照 Taylor的气液平衡关系而得出的硫酸露点浓度与温度的对应关系, 不同浓度的硫酸对材料的腐蚀性也有所不同, 见图4.2。

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 5.影响露点腐蚀的主要因素

 

因露点腐蚀是蒸汽结露才发生, 因此腐蚀速度除受介质成分和材料耐蚀性等因素的影响之外, 很重要一点是它要受蒸汽凝结速度和腐蚀介质在凝结水中的传输速度的影响。硫酸露点温度与氧含量、水蒸气含量、介质中硫含量成正比。

a. 材料的化学成分低合金耐硫酸露点腐蚀钢的耐蚀性由其钝化特性决定, 而严格的控制合金化学成分, 合理配比添加合金元素及保证化学成分的均匀性是根本的前提条件。化学成分设计的原则是保证钢板的耐硫酸露点腐蚀性能的同时, 保证钢板的强度和塑性指标。由于特种合金元素的添加, 钢板焊接性能有恶化的趋势, 需要配套的焊材和焊接工艺。

 

C C 是主要的强化元素, 在保证力学性能的情况下, C 含量应偏下限, 以减少钢中Cr 的碳化物形成, 从而充分发挥Cr 的耐蚀作用。 C Cu 共存时, 碳使钢的耐蚀性稍许降低, 低碳含铜钢的耐蚀性能最为优异。同时考虑到钢的可焊性, C 含量不宜过高, GB/T28907[16] 标准设计C 质量分数不大于0.15%

Si Si 是固溶强化元素, 对于强度要求不太高的耐硫酸露点腐蚀钢, Si 含量宜降至与普通钢相同(质量分数0.15%~0.50%), 从而减少焊接时的飞溅。

Mn。随着钢中Mn 含量的提高, 其腐蚀产物中锰含量也提高, 由于锰化合物的易溶于酸中, Cu Cr Ni V 等腐蚀产物很难溶解, 锰化合物的溶解致使锈层有微细孔洞,不利于锈层的保护作用。

P S P S 为有害杂质元素, 为保证可焊性和Cu 耐蚀作用的发挥, 控制P S 质量分数≤0.035%

Cr Cr 含量的提高, 能保证钢的强度和耐蚀性, 兼顾成本确定Cr 的范围。

Ni Ni 能提高钢的耐蚀性和韧性, 并防止铜造成的龟裂, 以提高钢材的表面质量。考虑到成本的主要因素, 因而减少Ni 的含量。

Sb Cu。耐硫酸露点腐蚀钢一般是在钢中加入Cu Sb 金属元素, 其耐腐蚀原理是通过Cu Sb 抵制阳极反应, 在钢材表面形成Cu2Sb 皮膜又可抑制阴极反应, 因而有效地防止了硫酸露点腐蚀, 提高部件的使用寿命。 Sb 不宜过高, Sb 含量偏高则钢的焊接性能变差, 同时会影响铸坯质量。 Cu 作为耐腐蚀的主要合金元素, 一般认为质量分数0.20% ~0.40%为宜, Cu 含量过高, 不但不会再增加耐蚀性, 而且还会产生热脆性。

Nb Ti V。为保证材料的耐硫酸露点腐蚀性能、优良焊接性能和强度, 选择加入Nb Ti V 细化晶粒元素, 主要起细晶强化和析出强化的作用。

⑨ 其他因素介质中的其他极性气体对露点温度和冷凝液的pH 值有影响, 设备的选材和热处理状态可能影响到腐蚀类型, 特别是在有点蚀或应力腐蚀的环境-材料组合上, 腐蚀类型会随着腐蚀的进程而发生改变。设备的几何形状影响到冷凝液的聚集和流动, 从而影响设备腐蚀的分布和腐蚀程度。

 

6.露点腐蚀的控制

通过选材、降低过剩空气系数、控制金属壁温、改善结构、工艺操作参数调整、燃料品质的管理、加中和剂、覆盖层应用、实时监测、停工保护等控制露点腐蚀。

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