冶金熱爐金屬內(nèi)壁腐蝕防治方法研究

周 闖，蒲建業(yè)

（中電投東北能源科技有限公司，遼寧 沈陽 110179）

金屬熱爐內(nèi)壁屬于高溫受熱面，由于煙氣中含有SO2和少量SO3，因此在一定條件下受露點(diǎn)腐蝕比較嚴(yán)重。因而腐蝕、積灰和磨損就成為高溫受熱面運(yùn)行中突出的問題[1]。但是當(dāng)高溫受熱面的溫度低于酸露點(diǎn)時(shí)，煙氣中的水蒸汽和燃料燃燒后所產(chǎn)生的SO2結(jié)合生成硫酸，會(huì)凝結(jié)在受熱面金屬內(nèi)壁，就會(huì)發(fā)生低溫露點(diǎn)腐蝕[2]。

冶金熱爐金屬內(nèi)壁主要是以硫酸進(jìn)行腐蝕。它取決于冶金熱爐煙氣所產(chǎn)生的硫，經(jīng)過高溫燃燒與煙氣中的SO3和水蒸汽的含量進(jìn)行混合。進(jìn)入冶金熱爐的煉制煙氣中，SO2元素含量較為豐富，并在二氧化硅的作用下，將其中的煙氣轉(zhuǎn)化成SO3，使煙氣當(dāng)中的水蒸氣與硫酸蒸汽相結(jié)合。當(dāng)時(shí)受熱面積的硫酸低于露點(diǎn)時(shí)，即是所產(chǎn)生的酸腐蝕。冶金熱爐金屬內(nèi)壁的腐蝕速度及腐蝕濃度，對(duì)金屬爐內(nèi)壁溫度以及所用的材料性能相關(guān)。

1 檢驗(yàn)與分析

1.1 成分分析

對(duì)樣管的化學(xué)成分進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。

表1 省煤器管的化學(xué)成分（w t %）

1.2 機(jī)械性能測(cè)試

所謂拉伸試驗(yàn)，是將標(biāo)準(zhǔn)的拉伸試樣在靜態(tài)軸向拉伸力當(dāng)中，不斷在作用下進(jìn)行規(guī)定拉伸速度，及試樣在斷裂拉伸過程中的連續(xù)伸長(zhǎng)記錄，從而得出，其拉伸輕度的判斷為力學(xué)性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明。

表2 檢材的機(jī)械性能

1.3 外觀檢驗(yàn)

在某個(gè)冶金金屬熱爐管道的外表面上覆蓋了很多白色沈淀物，及棕色的腐蝕后所留下的腐蝕產(chǎn)物，其管道的外表面出現(xiàn)的不規(guī)則腐蝕后留下的不規(guī)則坑洼，最淺的坑洼為0.2mm，最深的坑洼在0.9mm以上，并且，坑洼出現(xiàn)的模式多種多樣，如下圖1所示。

圖1 冶金熱爐管外表面形貌

內(nèi)表面為一薄層棕色腐蝕產(chǎn)物，呈現(xiàn)為均勻腐蝕形態(tài)，如圖2所示。

圖2 送檢管內(nèi)表面形貌

圖3 送檢管截面形貌

1.4 省煤器送檢管外觀尺寸檢驗(yàn)

該省煤器管壁厚均勻，送檢管內(nèi)外徑及壁厚檢測(cè)如表3所示。

表3 蝕坑深度與面積

1.5 金相檢驗(yàn)

金相分析是利用顯微鏡進(jìn)及放大鏡進(jìn)行的金屬檢測(cè)，這對(duì)金屬材料的宏觀計(jì)微觀組結(jié)構(gòu)詳細(xì)觀察，并對(duì)其進(jìn)行研究，在實(shí)際的生產(chǎn)過程當(dāng)中，稱之為金相檢驗(yàn)。在顯微鏡的觀察下，所有的金屬材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組成都可以完整的進(jìn)行直觀的觀察。

晶粒度級(jí)別數(shù)G：N=2G—1，N為在100倍下654.16㎜2面積內(nèi)包含的晶粒數(shù)。

爆管處金相分析表明，晶粒比較均勻，據(jù)YB/T 5184標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定晶粒度為8級(jí)。金相組織為鐵素體加珠光體，并有明顯的帶狀組織。

1.6 掃描電鏡及EDS分析

掃描電子顯微技術(shù)是利用掃描電子顯微鏡研究試樣表面微觀形態(tài)、成分和結(jié)晶等的顯微分析技術(shù)。X射線能譜分析法（EDS）是掃描電鏡最基本的成分分析方法。這種分析方法對(duì)元素的探測(cè)極限為750ppm（1ppm=1mg/kg）[3]。

掃描電鏡分析表明管內(nèi)外表面存在腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物疏松。管外表面蝕坑主要成分EDS分析顯示，管表面蝕坑主要成分為Fe、O、S，如圖4所示。內(nèi)表面腐蝕產(chǎn)物成分為Fe、O、Ca。

圖4 蝕坑處EDS分析

1.7 腐蝕產(chǎn)物分析

用X射線衍射方法對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析。管外表面X射線衍射分析表明，腐蝕產(chǎn)物主要為FeSO4、Fe2O3、Fe3O4。內(nèi)表面腐蝕產(chǎn)物主要為Fe2O3。

2 腐蝕原因分析

冶金熱爐中的送檢管為無縫鋼管。其主要的化學(xué)成為、屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度以及延伸率均符合GB3087標(biāo)準(zhǔn)要求。在對(duì)金相組織進(jìn)行加珠光體工藝時(shí)，對(duì)外觀進(jìn)行檢查，冶金熱爐的金屬外表面產(chǎn)生較較高的腐蝕性，并且其金屬表面的腐蝕坑可達(dá)到0.9mm。內(nèi)表面產(chǎn)生均勻性腐蝕。

燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的SO2，其中有一部分進(jìn)一步氧化成SO3，SO3與煙氣中的水汽作用，在省煤器低溫部位凝結(jié)成H2SO4，引起露點(diǎn)腐蝕。從宏觀上分析，管外表面的腐蝕坑處于易形成露點(diǎn)的位置，省煤器的水介質(zhì)入口溫度僅為104℃。從傳熱角度看，省煤器管壁外的表面溫度僅比水溫高10℃~20℃，省煤器下的聯(lián)箱連接的局部省煤器管壁外的表面溫度僅比水溫高10℃~20℃。結(jié)果表明，當(dāng)煙氣中SO3含量達(dá)到60ppm時(shí)，露點(diǎn)溫度可提高到150℃~170℃。溫度的波動(dòng)一旦使露點(diǎn)容易形成，就容易產(chǎn)生露點(diǎn)腐蝕。腐蝕產(chǎn)物分析表明，腐蝕產(chǎn)物主要為硫酸鐵，管外表面附著也以其他形式的硫酸鹽形式存在。因此，管道外壁腐蝕坑的腐蝕形式為露點(diǎn)腐蝕。管道內(nèi)壁的腐蝕產(chǎn)物為Fe2O3，可以認(rèn)為是脫氧水和氧氣的均勻腐蝕形式。

3 結(jié)論

由于鍋爐燃燒產(chǎn)生的的廢氣中含有大量的腐蝕性氣體，使得鍋爐在使用過程中出現(xiàn)腐蝕失效。對(duì)鍋爐省煤器爐管的腐蝕原因進(jìn)行分析，由于省煤器屬于低溫受熱面，且該鍋爐使用煤為燃料，煙氣中含有SO2氣體，因此引起的腐蝕為露點(diǎn)腐蝕。

根據(jù)露點(diǎn)腐蝕形成的原因提出以下防止措施：提高受熱面的溫度，使煙氣溫度高于露點(diǎn)溫度；采用耐腐蝕的材料；采用低露點(diǎn)或抑制腐蝕的添加劑；設(shè)計(jì)措施。實(shí)踐表明，橫向沖刷的腐蝕速度要比縱向沖刷的大1.5~2倍。因此，腐蝕性極強(qiáng)的煙氣，采用縱向沖刷為宜；降低過量空氣系數(shù)和減少漏風(fēng)；采用碳鋼時(shí)，以Zn一Al一Cd合金做為犧牲陽極，陰極保護(hù)方式，延緩腐蝕速度[4]。