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(tǒng)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(yè)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(chǎn)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(chǎn)生腐蝕。由于經(jīng)常發(fā)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(fā)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(jīng)過大量的文獻檢索發(fā)現(xiàn)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(jù)稀溶體成分等于其飽和蒸汽的分壓，設置電熱恒溫培養(yǎng)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(tǒng)

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(xù)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(jù)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(jiān)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(jīng)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(jiān)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(jiān)控管子兩端的水溫；溫度的實時監(jiān)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(yǎng)箱、熱電偶、數(shù)據(jù)采集、計算機控制系統(tǒng)、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(jīng)過大量調研發(fā)現(xiàn)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(chǎn)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(guī)律。

②根據(jù)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(jù)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(huán)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。

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