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        冶金熱爐金屬內(nèi)壁腐蝕防治方法研究

        2021-01-04 03:56:56蒲建業(yè)
        中國(guó)金屬通報(bào) 2020年11期
        關(guān)鍵詞:省煤器露點(diǎn)內(nèi)壁

        周 闖,蒲建業(yè)

        (中電投東北能源科技有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 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(wèn)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(guò)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(wú)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(guò)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(guò)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(yáng)極,陰極保護(hù)方式,延緩腐蝕速度[4]。

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