空气预热器的露点腐蚀及预防措施

李文波，谢亿，李登科，胡加瑞，陈红冬

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

空气预热器的露点腐蚀及预防措施

李文波，谢亿，李登科，胡加瑞，陈红冬

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

本文采用扫描电镜、金相显微镜、光谱分析等方法分析空气预热器波形板的断裂失效事故的原因，指出露点腐蚀不仅在波形板表面发生，造成波形板厚度的减薄，还在合金内部发生，形成腐蚀孔洞，并且严重的露点腐蚀使得波形板的抗冲击强度严重下降，在吹灰蒸汽的冲击下，最终断裂。文章最后总结了在目前的技术条件下防止露点腐蚀发生的措施。

空气预热器；波形板；露点腐蚀；晶间腐蚀

空气预热器利用锅炉尾部烟气的热量加热燃料燃烧所需用的空气，可降低排烟温度，提高锅炉效率。在空气预热器中，加热后的空气温度约为250～400℃，送入锅炉燃烧系统，可以提高炉膛温度，改善燃料着火和燃烧条件，以减少不完全燃烧热损失。空气温度每提高50℃，大约可使排烟温度降低30～35℃，锅炉效率可提高2%左右，炉膛温度的提高，还可以强化炉内的辐射换热，节省锅炉的金属材料，降低造价〔1－4〕；排烟温度的降低，可以改善引风机的工作条件，降低引风机的电耗。然而由于中国燃煤质量相对较差，燃烧后的烟气中含有不少硫的燃烧产物(SO2，SO3)，容易造成空气预热器的腐蚀。如果空气预热器烟气出口段温度过低，那么烟气中的硫氧化物，以及水蒸气会在空气预热器中的管壁上或者蓄热元件上凝结，从而造成腐蚀，该腐蚀称为露点腐蚀〔2，3〕。经验表明，烧燃料气产生的露点腐蚀温度在夏季为135℃左右，在冬季为150℃左右。在实际生产中，即使排烟温度远高于烟气的露点温度，仍有腐蚀发生，这是由于空气入口温度较低，使得靠近预热器空气入口区域的预热管壁的温度仍低于烟气露点温度，烟气中的硫氧化物及水蒸气在管壁上凝结而造成露点腐蚀〔4，5〕。

1 实例分析

某电厂4号炉运行22个月后，即发现空气预热器部分热端蓄热元件出现变形、破裂等失效现象。空气预热器烟气加热温度为300～390℃，吹灰蒸汽温度300℃，压力1～1.2 MPa。出现蓄热元件破损的区域主要集中在转子外3圈，破损程度差异不大，且均分布于吹灰蒸汽喷口周围。破损元件片以波形板居多，定位板较少。

1.1 宏观形貌观察

图1所示为蓄热元件破损断裂后的波形板残片宏观形貌。波形板残片表面存在较为明显的腐蚀产物膜。该腐蚀产物膜与波形板金属结合力较差，肉眼观察可发现有腐蚀产物膜的大面积脱落。

图1 波纹板残片宏观形貌

1.2 全相组织观察和化学成分分析

对波形板的金相组织进行观察，金相组织为铁素体，晶界上弥散分布着颗粒状的碳化物，晶粒大小为20～50 μm，如图2所示。

图2 波形板金相组织

对波形板进行成分分析，分析结果如表1所示，分析结果表明该蓄热元件采用碳钢制造，符合JIS G3141—2009《冷轧钢板及钢带》标准要求。

表1 波形板的化学成分分析%

1.3 扫描电镜分析

对波形板截面金相组织进行分析，可以发现，原本设计厚度达5 mm的波形板经过长时间腐蚀后减薄严重，这与图1中观察结果相似，由于波形板腐蚀产物与合金结合力较差，不断剥落，导致了波形板的持续腐蚀和减薄。金相组织观察发现截面最薄处只剩下约94 μm，只有原厚度的20%不到，如图3a)所示。从截面中也可以发现明显存在的腐蚀坑。图3b)可更加明显地观察到腐蚀坑的存在，尽管该处波形板厚度接近300 μm，但是仍可观察到在整个波形板截面中有大大小小的腐蚀坑洞，这些坑洞弥散分布在整个波形板截面中，极大地降低了波形板的力学性能。

图3 波形板截面组织中的腐蚀孔洞

扫描电镜下可观察到波形板表层有一层腐蚀产物膜，其厚度约为30 μm，如图4a)所示。然而该层腐蚀产物膜不完整，其内部可见明显的纵向裂纹和孔洞，膜与合金的结合界面也存在裂纹，表明腐蚀产物膜自身不致密，腐蚀介质可通过腐蚀产物膜中的缺陷，如裂纹、孔洞等扩散到腐蚀产物膜与合金界面，进一步腐蚀合金。此外，在合金内部也可以发现明显的晶间腐蚀，晶粒与晶粒制件的晶界已经被腐蚀，并且在合金内部可发现部分晶粒的腐蚀。晶间腐蚀使得腐蚀介质可沿晶界快速扩散，从而在合金内部形成腐蚀孔洞，这与图3一致，而且晶界的腐蚀造成了晶粒之间结合力的下降。即使晶粒没有腐蚀，波形板的强度也大大下降。通过能谱分析可以发现，不论在腐蚀产物膜中，还是在合金内的腐蚀孔洞中，都可以检测到S和O(如图4所示)，表明空气预热器波形板的腐蚀与S和O有关。1.4 露点腐蚀机理分析

图4 扫描电镜观察的波形板截面(显微组织和化学成分分析)

燃煤中微量的硫在燃烧中绝大部分形成SO2。SO2中约有1%～5%在一定条件下与氧化合形成SO3。干式SO3对设备几乎不发生作用，但当它与烟气中水蒸汽(5%～18%)结合形成硫酸蒸汽时.却大幅度提高烟气的露点〔3，6〕。这样，当接触烟气的表面温度低于露点时，发生硫酸蒸汽的凝结并强烈地腐蚀金属，即硫酸露点腐蚀。反应方程式如下:

硫酸露点腐蚀相较于普通硫酸腐蚀要严重得多，两者的腐蚀机理也不相同。露点腐蚀中，生成的FeSO4在沉积物的催化作用下，可与烟气中的SO2和O2进一步反应生成Fe2(SO4)3，而Fe2(SO4)3对SO3的生成，即反应(2)，具有催化作用，从而促进反应(3)以及反应(4)的发生。而当pH值低于3时，Fe2(SO4)3本身也会对金属产生腐蚀。

1.5 波形板断裂原因分析

结合以上分析结果，可以确定波形板的断裂主要是由于烟气中的硫酸蒸汽在蓄热元件上凝结，形成硫酸露点腐蚀而造成的。由于露点腐蚀形成的腐蚀产物膜内部存在的多种缺陷，如裂纹、孔洞等，以及腐蚀产物与合金较差的结合力，使得腐蚀产物膜对合金不具备较好的保护性，合金腐蚀在设备运行过程中持续发生。且腐蚀不仅在合金表面发生，造成波形板厚度的减薄，使得厚度为5 mm的蓄热元件经过长时间的露点腐蚀后最薄处只剩下94 μm；腐蚀还在合金内部发生，晶间腐蚀的发生以及使合金内部腐蚀孔洞的形成，造成残留合金的强度大为下降。两者共同因素造成了波形板的抗冲击强度降低，在吹灰蒸汽的冲击下，最终断裂。

2 露点腐蚀防治措施

由于露点腐蚀的危害较大，通常会造成空气预热器的损坏，因此对露点腐蚀的预防就显得尤其重要。露点腐蚀的防治可以从以下几个方面入手:①提高排烟温度。尽管降低排烟温度可以增加锅炉的热效率，但是若因此而造成空气预热器的露点腐蚀，则得不偿失。将排烟温度提高到一个保证空气预热器安排的范围是一种稳妥的做法。②及时吹灰。烟尘在空气预热器内沉积会降低空气预热器中管道或者蓄热元件的传热效果，从而降低空气预热器的使用效果。但是吹灰时一定要保证蒸汽充分脱水，若采吹灰蒸汽未充分脱水，水与烟灰混合，会加重对空气预热器的腐蚀。③采用热管。热管的冷端与空气接触。空气中一般不含SO2和SO3，所以不存在腐蚀。热管的热端与烟气接触.虽然烟气中含SO2和SO3，但由于热管内为热工质，管壁温度较高。所以热管比普通管露点腐蚀温度低约20℃，可在新建炉和大型改造中应用。

3 结论

空气预热器波形板的断裂主要是由于硫酸露点腐蚀造成。硫酸露点腐蚀一方面使波形板在表面生成腐蚀产物，造成波形板厚度的均匀减薄，另一方面在合金内部还发生了晶间腐蚀，并形成了腐蚀孔洞，使得残留波形板的强度也大为下降。两者共同因素造成了波形板的抗冲击强度降低，在吹灰蒸汽的冲击下，最终断裂。从提高排烟温度、及时吹灭、采用热管等几个方面采取技术防范措施，可预防露点腐蚀的发生。

〔1〕饶淑娟，刘俊川.低温腐蚀及防护〔J〕.化学工程师，1993 (4):34-36.

〔2〕司兆平.空气预热器耐低温露点腐蚀的改进〔J〕.石油化工腐蚀与防护，1999，16(2):16-17.

〔3〕姜元庆.加热炉空气预热器腐蚀原因分析〔J〕.石油化工设备，2013，42(4):84-87.

〔4〕闫本近，董绍平.炼油加热炉空气预热器的发展与展望〔J〕.石油化工设备，2014，43(1):56-60.

〔5〕汪琦.载热体加热炉对流受热面的烟气腐蚀研究〔J〕.化工装备技术，1998，19(2):37-40.

〔6〕王维宗.硫酸露点腐蚀机理与防护〔J〕.石油化工腐蚀与防护，1992，9(4):16-22.

Dew point corrosion of air preheater and its precaution

LI Wenbo，XIE Yi，LI Dengke，HU Jiarui，CHEN Hongdong
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

The paper analyzes the fracture reason of the corrugated plate by the method of scanning electron microscope (SEM)，metallographic microscope，spectroanalysis instrument，and pinots out that dew point corrosion occurs not only at the surface of the corrugated plate，resulting in the thinning of the plate，but also occurs and forms cores in the inner part of the plate.Serious dew point corrosion results in the severe decrease of strength of the corrugated plate and the the corrugated plate is broken due to the impact of the blowing steam.At last the paper concludes precaution of preventing dew point corrosion under the condition of current technology.

air preheater；corrugated plate；dew point corrosion；intergranular corrosion

TK223.34

B

1008-0198(2016)01-0028-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.01.008

2015-06-30 改回日期:2015-08-07

李文波(1987)，湖南长沙人，工程师，博士，从事电力金属材料研究。