余热锅炉低温腐蚀试验平台的建立

钟春雷　袁桂华（.大连市锅炉压力容器检验研究院，辽宁　大连　603；.大连卓远重工有限公司，辽宁　大连　603）

余热锅炉低温腐蚀试验平台的建立

钟春雷1袁桂华2
（1.大连市锅炉压力容器检验研究院，辽宁大连116013；2.大连卓远重工有限公司，辽宁大连116023）

选择碳钢、ND钢、Corten钢、316L钢及碳钢+搪瓷表面处理材料作为研究对象，针对余热锅炉系统烟气深度冷却后，受热面积灰和硫酸结露的外部特性，搭建一个切实可行的低温腐蚀实验平台。该平台的建立将为预测低温腐蚀速率、减缓传热管低温腐蚀和控制硫酸沉积速率提供技术及理论支持。

余热锅炉；低温腐蚀；实验平台建立

石化行业的余热锅炉的烟气中常含有一些腐蚀性气体和腐蚀性物质，如硫的氧化物，钒的氧化物，这些物质会对余热锅炉产生强烈的腐蚀，严重时在很短的时间内会使锅炉遭到损坏。当进入余热锅炉的烟气中含有SO2时，其中一部分会转化成SO3，并与烟气中的水蒸汽结合生成硫酸蒸汽，且能显著地提高烟气的露点温度，在低温金属表面上凝结形成硫酸溶液，与碱性灰反应，也与金属反应，因而产生腐蚀。由于经常发生在锅炉的低温受热面上，故称低温腐蚀。低温腐蚀的特点是均匀性腐蚀，它使管壁厚度逐渐减薄以至破裂，对余热锅炉的安全运行危害性极大。为了有效的防止低温腐蚀的发生，以确保余热锅炉安全有效运行，为了对余热锅炉低温腐蚀进行更好的研究，重点阐述余热锅炉低温腐蚀实验平台的建立。

一、实验原理分析

1.实验气体选择

经过大量的文献检索发现影响低温腐蚀的气体主要是溶于水的酸性气体，包括HCl、NO2、SO2、SO3等，但是HCl、NO2、SO2溶于水形成的酸露点与水露点接近，实际烟气温度都远高于水露点，而SO3溶于水形成的酸露点与水露点接近，实际烟气温度都远高于水露点，而SO3溶于水形成的硫酸露点很高，因此影响低温腐蚀的主要气体为SO3，但是烟气中含有大量的SO2，SO2能够在一定条件下转化成SO3从而影响低温腐蚀，因此本实验选定的腐蚀气体为SO2、SO3和水蒸气，平衡气体为N2。

2.实验气体的获取

由于无法买到SO3标气，因此根据稀溶体成分等于其饱和蒸汽的分压，设置电热恒温培养箱的温度为该分压下水蒸汽的饱和温度，以得到要求含量的SO3和蒸汽。

3.实验系统

将配置好的稀硫酸溶液放置于恒温箱中，N2通过硫酸溶液，带出SO3和水蒸汽。所有气体在混合器中混合均匀后通入后续装置，为保证SO3和水蒸汽不凝结，将混合器也放置于恒温箱中。

实验将金属试片挂于特制的有机玻璃管壁上，管内通水，管外通烟气，模拟实际工况受热面的情况。管子放置于真空试管炉中，真空试管炉的温度设置为实际烟气的温度，管内水由恒温水箱加热。烟气温度高，水温低，用以模拟高温烟气中的酸凝结于低温管壁面引起低温腐蚀的情况。

据调研，烟气中飞灰对低温腐蚀有很大的影响，因此本试验也设置了加灰装置，尽量使模拟烟气的性质接近于实际烟气。

实验利用烟气分析仪来实时监控真空管式加热炉内模拟烟气中SO2、SO3和水蒸汽的实际含量，以便得到更精准的结果；SO3的检测有很大的困难，一般用电化学方法，但是仍然存在较大的误差。实验后的气体经尾气处理装置后排入大气，尾气处理装置内含CuSO4溶液与NaOH溶液。

每个试样片上固定一个热电偶，实时监控试样片的壁温；有机玻璃管的出口与入口各设置一个热电偶，实时监控管子两端的水温；温度的实时监控能够更好更精确的反应低温腐蚀与管壁温间的关系。

实验中设置清洗气路，主要作用是在做完实验降低温度时利用N2保护腐蚀式样，避免因降温而引起额外的腐蚀，影响实验结果。

二、实验过程

1.实验器材

实验器材包括气瓶（SO2、N2）、混合器、高温管式加热炉、恒温水箱、电热恒温培养箱、热电偶、数据采集、计算机控制系统、烟气分析仪、流量计、废气处理装置、有毒气体报警器等。

2.实验方法

（1）实验对象：主要包括目前国内外常用的耐硫酸腐蚀钢：ND钢、Corten钢、316L不锈钢、碳钢加表面搪瓷处理。

（2）试样加工：试样由线切割加工成尺寸为15mm×15mm×3mm，用砂子细磨，然后依次用丙酮、乙醇、水冲洗干净，干燥保存。

（3）实验时间：经过大量调研发现低温腐蚀动力学曲线为抛物线型，腐蚀最大时间选定为100h，每种试样的动力学曲线由7个点组成，取时间分别距离实验开始：3h，6h，12h，24h，40h，65h，100h。

（4）实验结果处理：

①利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱分析（EDS）、电子天平对腐蚀产物进行分析，研究腐蚀气氛、材料壁温、烟气温度、腐蚀时间、材料特性（主要抗腐蚀元素）等因素对腐蚀的影响，研究其微观组织结构和元素迁移变化规律。

②根据实验结果及分析，揭示传热管材料低温腐蚀机理，并提出预测低温腐蚀速率的预警方法。

③根据实验结果及分析，结合烟气深度冷却装置的寿命，提出传热管低温腐蚀的安全壁温和再循环控制方案以及减缓材料低温腐蚀的材料防护表面工程技术方法。

④利用低温腐蚀试验台研究硫酸沉积率控制技术，采用烟气内喷防腐剂的办法控制硫酸的沉积，从而达到防止低温腐蚀、更进一步降低烟气温度的目的。

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