电除尘器极线腐蚀失效原因分析

王东柱, 李 明(. 上海齐耀动力技术有限公司, 上海 003; . 上海金艺检测技术有限公司, 上海 00940)

电除尘器极线腐蚀失效原因分析

王东柱1, 李 明2
(1. 上海齐耀动力技术有限公司, 上海 201203; 2. 上海金艺检测技术有限公司, 上海 200940)

某电除尘器在使用过程中极线发生严重的氧化腐蚀，影响电除尘器的除尘效果。采用宏观检验、化学成分分析、腐蚀产物分析和金相检验方法，分析了电除尘器极线的腐蚀失效原因。结果表明：电除尘器极线在高温下发生了氧化；由于有氯元素的存在，覆盖在材料表面的氧化膜遭到破坏，加速了活性区的金属溶解，降低了腐蚀的阻滞作用，造成电除尘器极线表面的氧化腐蚀产物剥落，使极线的氧化腐蚀速率增大，最终导致电除尘器极线的减薄失效。

电除尘器；极线；氧化腐蚀；氧化膜

随着工业生产的迅速发展，社会对环境保护的要求不断提高。电除尘器作为一种治理大气粉尘污染的设备，已广泛应用于工业生产。电除尘器的工作原理是使含尘气体中的粉尘颗粒荷电，在电场力的作用下驱使带电尘粒沉降在收尘极板的表面，从而使气体得到净化。许多电除尘器都采用带尖刺的阴极线，这种阴极线起始电晕电压低、放电强烈、电风大、除尘效率高。

图1 电除尘器极线结构示意图Fig.1 Structure schematic diagram of the polar line of the electric precipitator

电除尘器所处的工作环境通常较为恶劣，服役一段时间后除尘效果明显下降。某厂电除尘器中使用的极线是锯齿线，材料为X10CrA17耐热钢(德国牌号)结构如图1所示。服役2 a(年)后，将电除尘器拆解发现，极线发生严重的氧化腐蚀，腐蚀产物大量剥落，极线变薄失效。据了解，该极线所处的工作环境为煤气、二氧化碳、氧气、氧化铁粉尘等，温度为150 ℃以上。笔者通过对电除尘器极线进行宏观检验、化学成分分析、腐蚀产物分析、金相检验，判断其腐蚀失效的机理和原因，以寻找改进方案。

1 理化检验

1.1 宏观检验

宏观检验发现，电除尘器极线发生严重的氧化腐蚀(图2)，呈深褐色和红棕色，腐蚀产物剥落，极线的宽度、齿高和厚度发生明显变化。实际测得电除尘器极线的宽度为1.2～1.3 mm，齿高为0.6～0.8 mm，最厚处的厚度约为2.8 mm，最薄处的厚度约为0.65 mm。

图2 电除尘器极线的宏观形貌Fig.2 Macro morphology of the polar line of the electric precipitator

1.2 化学成分分析

电除尘器极线的化学成分分析结果如表1所示，可见该极线的化学成分符合德国DIN标准对X10CrAl7耐热钢成分的要求。

表1 极线的化学成分分析结果(质量分数)Tab.1 Analysis results of chemical compositions of the polar line (mass) %

1.3 腐蚀产物分析

将电除尘器极线的截面抛光处理后在扫描电镜下观察发现，极线表面存在氧化腐蚀层，厚度约为0.030 mm。另外还有一条向内部扩展的裂纹，深度约为0.060 mm。对级线上的腐蚀产物进行能谱分析，分析位置和结果如图3和表2所示。能谱分析结果表明，氧化腐蚀层中存在氧、氯等氧化腐蚀性元素。元素的面扫描分析结果如图4所示，由结果可见：裂纹中富集氧元素；紧靠基体表面主要含铬、铁的氧化物，相对较均匀；外面一层富集氯、钾元素；最表面存在分布不连续的含铬、铁氧化物。

图3 能谱分析位置示意图Fig.3 Sketch diagram of the energy spectrum analysis positions: (a) position 1; (b) position 2; (c) position 3

%

图4 极线截面的元素面分布Fig.4 Area distribution of elements of cross section of the polar line:(a) electron image; (b) O element; (c) Cr element;(d) Fe element; (e) Cl element; (f) K element

1.4 金相检验

从失效电除尘器极线上截取截面试样进行金相检验，结果如图5～6所示。电除尘器极线中的非金属夹杂物含量为：A0，B0，C0，D2；显微组织为奥氏体，奥氏体晶粒粗大(大于1级)；极线表面存在沿奥氏体晶界向内扩展的裂纹。

图5 极线截面抛光态形貌Fig.5 Polished appearance of cross section of the polar line

图6 极线截面腐蚀态形貌Fig.6 Corroded appearance of cross section the polar line

2 分析与讨论

一般来说，奥氏体晶粒在较高温度下会长大，由于晶粒长大，晶界也变得相对粗大。从试验结果来看，电除尘器极线服役现场的温度可能相当高。粗大的奥氏体晶粒在氧化腐蚀环境中容易发生开裂，因而极线表面局部区域出现沿奥氏体晶界向内扩展的裂纹。

失效的电除尘器极线所使用的材料为X10CrAl7耐热不锈钢，含铬不锈钢的氧化是首先在金属表面生成较致密的Fe(Fe2-x)CrxO4，然后在外层形成Fe3O4和Fe2O3[1]。随着氧化腐蚀层厚度的增加，腐蚀介质扩散(传送)到金属表面和腐蚀产物朝相反方向的扩散比较困难，引起腐蚀作用的阻滞[2]。

由于电除尘器极线的氧化腐蚀产物中存在氯元素，而氯离子会破坏腐蚀产物膜在试样表面的覆盖，加速活性区金属溶解[3]。氯离子对不锈钢耐蚀性的影响主要是引起钝化膜的局部破坏[4]，材料表面的氧化膜往往会因为与固态盐发生反应而被破坏，同时释放出气态的氯。释放出的气态氯能扩散到氧势较低的氧化膜-基体界面处，与基体发生反应生成易挥发的金属氯化物。在通过氧化膜内的缺陷向外扩散的过程中，该氯化物随氧势的升高又重新向氧化物转变，这种转变会在氧化膜内产生应力，破坏氧化膜的致密性及其与基体的黏附性，从而导致腐蚀进一步加速。氯化物向氧化物转变时释放出的部分氯气将重新返回到基体表面继续参与反应，直到氯盐被全部消耗。在此过程中，氯气起到一种自催化作用[5]，因而电除尘器极线外层的氧化产物遭到严重破坏，造成氧化皮剥落，而内层较致密的氧化膜尚未受到破坏，这时氧化腐蚀层的腐蚀阻滞作用降低，氧化腐蚀速率加大，结果导致电除尘器极线不断变薄并失效。

3 结论

(1) 氯元素对电除尘极线的氧化腐蚀产物造成破坏，降低腐蚀的阻滞作用，加大氧化腐蚀速率，结果导致电除尘器极线表面发生严重的氧化腐蚀，极线不断变薄。

(2) 现场工作环境温度较高，电除尘器极线材料中的奥氏体晶粒发生长大，晶界也相对较粗，在氧化腐蚀环境中发生开裂并失效。

4 建议与措施

(1) 查明电除尘器现场工作环境中氯元素的来源，采取合适的措施排除或控制氯元素的破坏作用，延长极线的使用寿命。

(2) 铬钢中的铬含量在4%～6%(质量分数，下同)时，其在空气中的耐热温度最高为650 ℃；而要承受1 050～1 100 ℃的高温，铬含量则需要达到27%[6]。因此需要根据电除尘器的实际工况温度，选择合适的极线材料。

(3) Fe-Cr合金经预氧化处理后，其表面会生成一层致密的Cr2O3氧化膜，能明显改善其抗高温氧化性能，因此可考虑对电除尘器极线采取预氧化处理，延缓其氧化腐蚀进程。

[1] 艾万思.金属的腐蚀与氧化[M].华保定,译.1版.北京：机械工业出版社,1976:49.

[2] 托马晓夫.金属腐蚀理论[M].余柏年,译.1版.北京:科学出版社,1962:7.

[3] 陈长风,路民旭,赵国仙,等.温度、C1-浓度、Cr元素对N80钢CO2腐蚀电极过程的影响[J].金属学报,2003,39(8):848-854.

[5] 刘晓亮,马海涛,王来,等.Fe-Cr合金预氧化后涂覆KCl盐膜的热腐蚀行为[J].材料保护,2009,42(9):12-15.

[6] 兰州化学工业公司化工机械研究所.金属腐蚀基本理论[M].1版.北京:燃料化学工业出版社,1974:1-84.

Reason Analysis on Corrosion Failure for the Polar line of the Electric Precipitator

WANG Dong-zhu1, LI Ming2
(1. Shanghai Micro Powers Co., Ltd., Shanghai 201203, China; 2. Shanghai Jin Yi Inspection Technology Co., Ltd., Shanghai 200940, China)

Serious oxidation corrosion happened to the polar line of the electric precipitator during use process, and it affected the dedusting effect of the electric precipitator. The corrosion failure reasons of the polar line of the electric precipitator were analyzed by macrographic examination, chemical composition analysis, corrosion product analysis and metallographic examination. The results show that: the polar line of the electric precipitator was oxidized under superheated condition; the oxidation coatings on the material surface were destroyed by the chloride element, so the metal dissolution in the reaction areas was accelerated, and the retarded effect of the oxidation coatings was reduced, which led to the corrosion product desquamation on the surface of the polar line of the electric precipitators; the oxidation corrosion rate of the polar line increased, and finally the polar line was getting thinner to failure.

electric precipitator; polar line; oxidation corrosion; oxide film

2016-05-02

王东柱(1985-)，男，助理工程师，主要从事金属材料的应用研究，wangdongzhu@micropowers.com。

10.11973/lhjy-wl201703012

TG142.73

B

1001-4012(2017)03-0201-03