余熱鍋爐低溫腐蝕試驗平臺的建立

鐘春雷　袁桂華（.大連市鍋爐壓力容器檢驗研究院，遼寧　大連　603；.大連卓遠重工有限公司，遼寧　大連　603）

余熱鍋爐低溫腐蝕試驗平臺的建立

鐘春雷1袁桂華2
（1.大連市鍋爐壓力容器檢驗研究院，遼寧大連116013；2.大連卓遠重工有限公司，遼寧大連116023）

選擇碳鋼、ND鋼、Corten鋼、316L鋼及碳鋼+搪瓷表面處理材料作為研究對象，針對余熱鍋爐系統煙氣深度冷卻后，受熱面積灰和硫酸結露的外部特性，搭建一個切實可行的低溫腐蝕實驗平臺。該平臺的建立將為預測低溫腐蝕速率、減緩傳熱管低溫腐蝕和控制硫酸沉積速率提供技術及理論支持。

余熱鍋爐；低溫腐蝕；實驗平臺建立

石化行業的余熱鍋爐的煙氣中常含有一些腐蝕性氣體和腐蝕性物質，如硫的氧化物，釩的氧化物，這些物質會對余熱鍋爐產生強烈的腐蝕，嚴重時在很短的時間內會使鍋爐遭到損壞。當進入余熱鍋爐的煙氣中含有SO2時，其中一部分會轉化成SO3，并與煙氣中的水蒸汽結合生成硫酸蒸汽，且能顯著地提高煙氣的露點溫度，在低溫金屬表面上凝結形成硫酸溶液，與堿性灰反應，也與金屬反應，因而產生腐蝕。由于經常發生在鍋爐的低溫受熱面上，故稱低溫腐蝕。低溫腐蝕的特點是均勻性腐蝕，它使管壁厚度逐漸減薄以至破裂，對余熱鍋爐的安全運行危害性極大。為了有效的防止低溫腐蝕的發生，以確保余熱鍋爐安全有效運行，為了對余熱鍋爐低溫腐蝕進行更好的研究，重點闡述余熱鍋爐低溫腐蝕實驗平臺的建立。

一、實驗原理分析

1.實驗氣體選擇

經過大量的文獻檢索發現影響低溫腐蝕的氣體主要是溶于水的酸性氣體，包括HCl、NO2、SO2、SO3等，但是HCl、NO2、SO2溶于水形成的酸露點與水露點接近，實際煙氣溫度都遠高于水露點，而SO3溶于水形成的酸露點與水露點接近，實際煙氣溫度都遠高于水露點，而SO3溶于水形成的硫酸露點很高，因此影響低溫腐蝕的主要氣體為SO3，但是煙氣中含有大量的SO2，SO2能夠在一定條件下轉化成SO3從而影響低溫腐蝕，因此本實驗選定的腐蝕氣體為SO2、SO3和水蒸氣，平衡氣體為N2。

2.實驗氣體的獲取

由于無法買到SO3標氣，因此根據稀溶體成分等于其飽和蒸汽的分壓，設置電熱恒溫培養箱的溫度為該分壓下水蒸汽的飽和溫度，以得到要求含量的SO3和蒸汽。

3.實驗系統

將配置好的稀硫酸溶液放置于恒溫箱中，N2通過硫酸溶液，帶出SO3和水蒸汽。所有氣體在混合器中混合均勻后通入后續裝置，為保證SO3和水蒸汽不凝結，將混合器也放置于恒溫箱中。

實驗將金屬試片掛于特制的有機玻璃管壁上，管內通水，管外通煙氣，模擬實際工況受熱面的情況。管子放置于真空試管爐中，真空試管爐的溫度設置為實際煙氣的溫度，管內水由恒溫水箱加熱。煙氣溫度高，水溫低，用以模擬高溫煙氣中的酸凝結于低溫管壁面引起低溫腐蝕的情況。

據調研，煙氣中飛灰對低溫腐蝕有很大的影響，因此本試驗也設置了加灰裝置，盡量使模擬煙氣的性質接近于實際煙氣。

實驗利用煙氣分析儀來實時監控真空管式加熱爐內模擬煙氣中SO2、SO3和水蒸汽的實際含量，以便得到更精準的結果；SO3的檢測有很大的困難，一般用電化學方法，但是仍然存在較大的誤差。實驗后的氣體經尾氣處理裝置后排入大氣，尾氣處理裝置內含CuSO4溶液與NaOH溶液。

每個試樣片上固定一個熱電偶，實時監控試樣片的壁溫；有機玻璃管的出口與入口各設置一個熱電偶，實時監控管子兩端的水溫；溫度的實時監控能夠更好更精確的反應低溫腐蝕與管壁溫間的關系。

實驗中設置清洗氣路，主要作用是在做完實驗降低溫度時利用N2保護腐蝕式樣，避免因降溫而引起額外的腐蝕，影響實驗結果。

二、實驗過程

1.實驗器材

實驗器材包括氣瓶（SO2、N2）、混合器、高溫管式加熱爐、恒溫水箱、電熱恒溫培養箱、熱電偶、數據采集、計算機控制系統、煙氣分析儀、流量計、廢氣處理裝置、有毒氣體報警器等。

2.實驗方法

（1）實驗對象：主要包括目前國內外常用的耐硫酸腐蝕鋼：ND鋼、Corten鋼、316L不銹鋼、碳鋼加表面搪瓷處理。

（2）試樣加工：試樣由線切割加工成尺寸為15mm×15mm×3mm，用砂子細磨，然后依次用丙酮、乙醇、水沖洗干凈，干燥保存。

（3）實驗時間：經過大量調研發現低溫腐蝕動力學曲線為拋物線型，腐蝕最大時間選定為100h，每種試樣的動力學曲線由7個點組成，取時間分別距離實驗開始：3h，6h，12h，24h，40h，65h，100h。

（4）實驗結果處理：

①利用掃描電鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）、能譜分析（EDS）、電子天平對腐蝕產物進行分析，研究腐蝕氣氛、材料壁溫、煙氣溫度、腐蝕時間、材料特性（主要抗腐蝕元素）等因素對腐蝕的影響，研究其微觀組織結構和元素遷移變化規律。

②根據實驗結果及分析，揭示傳熱管材料低溫腐蝕機理，并提出預測低溫腐蝕速率的預警方法。

③根據實驗結果及分析，結合煙氣深度冷卻裝置的壽命，提出傳熱管低溫腐蝕的安全壁溫和再循環控制方案以及減緩材料低溫腐蝕的材料防護表面工程技術方法。

④利用低溫腐蝕試驗臺研究硫酸沉積率控制技術，采用煙氣內噴防腐劑的辦法控制硫酸的沉積，從而達到防止低溫腐蝕、更進一步降低煙氣溫度的目的。

［1］吳瑞銀，王殿秀.10Cr1Cu耐硫酸腐蝕性能研究［J］.石油化工腐蝕與防護，1977，14（4）：46-48.

［2］唐志永，濕法脫硫后燃煤電站尾部裝置腐蝕研究［D］.南京：東南大學，2006.

［3］陸世英，王欣增，李丕鐘，王潔.不銹鋼應力腐蝕事故與耐應力腐蝕不銹鋼［M］.北京：原子能出版社，1985.

［4］候素霞，趙福宇，羅積軍等.蒸汽發生器傳熱管腐蝕監測技術研究［J］.原子能科學技術，2009，43（4）：334-338.

［5］parkinsRN.Mechanisticaspectsofintergranularstresscorrosion crackingofferriticsteels［J］.Corrosion，1996，52（5），363-374.

TK175

B

1671-0711（2015）11-0060-02