王　崢， 李　祺

(上海發(fā)電設備成套設計研究院， 上海 200240)

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5種換熱管耐低溫腐蝕性能的研究

王崢， 李祺

(上海發(fā)電設備成套設計研究院， 上海 200240)

摘要：為了找到相對耐低溫腐蝕且性價比較高的材料，在西南地區(qū)某電廠進行了實地運行試驗，并對運行后各種材料的腐蝕情況做了評估。結果表明：材料的腐蝕速率隨著工質溫度的降低而加快，1Cr18Ni9Ti鋼的腐蝕速率相對其他材料較慢，但ND鋼的性價比較高。

關鍵詞：低溫腐蝕； 工質溫度； 耐腐蝕材料

節(jié)能減排是當今世界的一個熱點問題[1]。在發(fā)電過程中由煤、油等一次能源所轉化出來的熱能只有一部分得到了有效的利用，還有一部分余熱被浪費了，所以在燃煤或燃油發(fā)電廠，為了降低熱能的消耗，采用了一些新工藝、新技術和新設備[2]，如空氣預熱器、低溫省煤器和余熱鍋爐等。但燃煤、燃油產生的煙氣對金屬表面產生酸性腐蝕，又叫做低溫腐蝕，對設備在工業(yè)生產過程中的安全運行造成了嚴重的危害[3]。防止低溫腐蝕的方法主要有兩種：(1)采用有限腐蝕的低溫系統；(2)選用合適的耐腐蝕材料[4]。因此對于易發(fā)生低溫腐蝕的部件，找到發(fā)生低溫腐蝕換熱管內允許的最低工質溫度，以及找到一種能夠在硫酸露點腐蝕環(huán)境下長期使用的鋼材，對提高鍋爐低溫部件使用壽命、減少能耗至關重要[5]。

為了找到低溫腐蝕速率相對較小的溫度環(huán)境，找到一種相對來說耐低溫腐蝕且性價比較高的材料，在西南地區(qū)某電廠(此電廠使用高硫煤作為燃料)進行了實地運行試驗，并對運行后各種材料的腐蝕情況做了評估。

1試驗材料

設計并制造的試驗管排的宏觀形貌見圖1。

該試驗管排由5圈U形管組成，每圈U形管由5種不同材料牌號的鋼管組成，每圈U形管在相同位置的材料相同，見圖2。其中20鋼、ND鋼(09CrCuSb)和滲層管外帶有翅片(滲層管是以普通碳鋼管為原件，在焊接翅片處通過鎳基合金滲層技術制備的鎳基滲層管，主要是為了提高換熱系數[6])，翅片材質與鋼管材質相同，采用高頻焊接焊在鋼管外表面；其余2種材質鋼管為光管。

每圈U形管內的工質溫度不同，最高溫度為90 ℃，最低溫度為20 ℃，各圈管間的溫度至少相差10 K，按圖1中箭頭指示方向依次降低。試驗時，每圈U形管的進、出口工質溫度基本相同，可以認為同一圈U形管上不同材料牌號的鋼管溫度是接近的。

試驗管排在電廠進行實地運行試驗的時間為2個月。

2試驗結果

2.1 宏觀檢查結果

對試驗后鋼管進行了宏觀檢查，結果表明：鋼管和翅片的外表面都粘有灰色的附著物，有明顯的銹蝕跡象；同種材質在不同溫度下，腐蝕情況相差較大，隨著溫度的降低，腐蝕情況逐漸加?。欢环N溫度下，各種材質的腐蝕情況相似，在第五檔溫度下，5種材質的鋼管都腐蝕得非常嚴重，外表帶翅片的鋼管，翅片已經變得很薄，滲層管翅片一些地方已經被完全腐蝕；不帶翅片的鋼管，壁厚嚴重減薄，甚至已經穿孔。

圖1和圖3是實驗完畢后換熱器剛拆下時彎管的外貌圖，彎管處可能由于應力集中導致穿孔。

2.2 樣管表面顯微分析及尺寸測量結果

去除部分帶有翅片鋼管上的翅片，在每個鋼管的長度方向上截取約20 mm厚的試塊，將所有試塊進行超聲波清洗，取試塊的橫截面方向，制備金相檢查試樣，然后在金相顯微鏡上進行顯微分析，觀察其外表面的腐蝕狀況。圖4為腐蝕較嚴重試樣的金相顯微照片，可以看出有一部分鋼管腐蝕較為嚴重，外表面不平整。

對試樣的壁厚進行尺寸測量，具體測量方法見圖5。

表1為各試樣通過圖5的測量方法測出的壁厚，并根據損失壁厚算出腐蝕速率。

表1　壁厚測量數據及其腐蝕速率

由表1可得：在第一檔溫度下，各種材料的腐蝕速率均在0.3 mm/a以上；而在第二檔溫度下，滲層管及15MnV的腐蝕速率已稍低于0.3 mm/a，其余各材料腐蝕速率仍在0.3 mm/a以上；當溫度再繼續(xù)降低，此時材料的腐蝕速率急劇加速；到第五檔溫度時，大部分材料的腐蝕速率已在2 mm/a以上。這說明管內工質溫度低于90 ℃時，工質溫度越高鋼管的抗腐蝕性能越好，并且工質的溫度最好能夠在第二檔溫度以上。

3分析討論

材料的腐蝕速率隨著工質溫度的降低而加快，可能是由于在90 ℃左右時，鋼管是單純的硫酸露點腐蝕，而當溫度繼續(xù)降低到50～70 ℃時，已經到達了鹽酸的露點溫度，這樣就同時存在著硫酸露點腐蝕和鹽酸露點腐蝕，材料的腐蝕速率必然會急劇加速。

相對于其他材料，1Cr18Ni9Ti鋼的腐蝕速率較慢，主要是由于1Cr18Ni9Ti鋼中合金元素鉻的含量較高，而鉻元素能夠細化晶粒，與鋼中銅和硫合理匹配，在未燃燒的活性炭的催化下會出現鈍化現象[7]；鉻的電極電位較低，也具有鈍化傾向的作用，從而提高了抗腐蝕性能[8]。

ND鋼的腐蝕速率之所以較慢，是因為ND鋼中的合金元素銅和雜質元素硫結合,在鋼的表面形成Cu2S鈍化膜,起到了抗低溫腐蝕的作用。合金元素Sb的加入也對阻止低溫腐蝕起明顯作用[9]。

4結語

根據5種材料在不同溫度下的現場試驗結果，可得出如下結論：

(1)管內工質溫度低于90 ℃時，材料的腐蝕速率隨著工質溫度的降低而加快，當工質溫度降低到一定溫度時，材料的腐蝕速率急劇加速。

(2)管內工質溫度相同的情況下，1Cr18Ni9Ti鋼的腐蝕速率相對其他材料較慢。

(3)工質溫度較高的情況下，ND鋼與1Cr18Ni9Ti鋼的腐蝕速率相當，但其性價比較高。

參考文獻：

[1] 魏子萱. 節(jié)能技術評價與應用[D]. 保定：華北電力大學，2014.

[2] 叢海濤. 加熱爐余熱回收設備煙氣露點腐蝕及其抑制[J].石油化工腐蝕與防護,2001,18(3)：1-5.

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[4] 吳金星，許思龍，鄧洪生. 火力發(fā)電廠低溫煙氣余熱利用研究[C]//2014年江西省電機工程學會年會論文集. 南昌：江西省電機工程學會，2014：86-92.

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[9] 蔡昊. 09CrCuSb鋼在鍋爐制造中的應用[J]. 工業(yè)鍋爐，2005,93(5)：22-25.

Research on Low-temperature Corrosion Resistance of 5 Heat Exchanger Tubes

Wang Zheng, Li Qi

(Shanghai Power Equipment Research Institute, Shanghai 200240, China)

Abstract：To find a material that is relatively resistant to low-temperature corrosion with high price-to-performance ratios, a field test was conducted in a power plant in southwest China to evaluate the corrosion resistance of materials. Assessment results show that the corrosion rate of materials would accelerate with decreasing fluid temperature, the corrosion rate of steel 1Cr18Ni9Ti is slower than other materials, but steel ND has a higher price-to-performance ratio.

Keywords：low-temperature corrosion; fluid temperature; corrosion-resistant material

收稿日期：2015-12-21

作者簡介：王崢(1982—)，女，工程師，主要從事材料及試驗技術研究。E-mail: wangzheng@speri.com.cn

中圖分類號：TK225

文獻標志碼：A

文章編號：1671-086X(2016)03-0173-04