水媒管式煙氣換熱器材料耐腐蝕性評價

鮑聽

（浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州310003）

水媒管式煙氣換熱器材料耐腐蝕性評價

鮑聽

（浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州310003）

水媒管式煙氣換熱器在工作中面臨酸露的腐蝕，換熱管材料需具備耐腐蝕性。模擬了水媒管式煙氣換熱器的腐蝕環(huán)境，采用自行設(shè)計的浸泡試驗方法對8種候選材料的耐腐蝕性進行了比較，并采用掃描電鏡對材料腐蝕后的表面形貌進行了研究。結(jié)果表明，ND鋼在高濃度硫酸中的耐腐蝕性優(yōu)于碳鋼；不銹鋼254SMO在各種濃度硫酸溶液中的腐蝕速率均較低；聚四氟乙烯塑料（PTFE）具有優(yōu)異的耐腐蝕性。

水媒管式煙氣換熱器；材料；酸露點腐蝕；腐蝕速率

0 引言

超低排放燃煤機組普遍設(shè)置有WGGH（水媒管式煙氣換熱器）。WGGH相較于傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器，具有無煙氣泄漏的優(yōu)勢，但WGGH煙氣冷卻器的管壁溫度遠(yuǎn)低于煙氣酸露點，易受煙氣冷凝酸液的腐蝕；煙氣再熱器的管壁溫度較高，易受酸液濃縮的腐蝕。如重慶珞璜發(fā)電廠引進日本三菱公司的WGGH在運行過程中發(fā)生了較嚴(yán)重的腐蝕[1]。因此WGGH在設(shè)計時，應(yīng)首先考慮材料的耐腐蝕性，同時還要綜合考慮換熱性能以及工程經(jīng)濟性。

目前，國內(nèi)已投用的WGGH換熱管仍采用傳統(tǒng)的碳鋼、不銹鋼等金屬材料制造，而國外已出現(xiàn)新型的熱噴涂搪瓷-金屬復(fù)合管[2]、氟塑料管制造的WGGH。我國在WGGH新材料耐腐蝕性方面的研究還很少，亟需開展相關(guān)的數(shù)據(jù)積累和研究。

1 耐腐蝕試驗

1.1 試驗材料

采用了自行設(shè)計的一種浸泡腐蝕試驗方法，對目前可供選擇的換熱管材料，包括碳鋼（Q215）、耐酸鋼（ND鋼）、不銹鋼（316L，2205，254SMO）、鈦管（TA2）、搪瓷復(fù)合管以及PTFE（聚四氟乙烯氟塑料管），6大類共8個樣品（見表1）在75℃煙囪冷凝液中進行168 h浸泡試驗，并在75℃10% H2SO4溶液、30%H2SO4溶液（添加有HCl 3 000 mg/L，HF 20 mg/L）中進行加速腐蝕。

1.2 試驗原理

試驗采用失重法，即將試驗樣管浸泡在腐蝕溶液中，計算其在單位時間內(nèi)單位面積上的失重，即其腐蝕速率V：

表1 試驗管樣材料及類型

式中：ΔW為試樣失重；A為試樣外表面積；t為試驗周期。

1.3 試驗裝置

試驗需使用的儀器有恒溫水浴槽、干燥機、分析天平（精度為1 mg）、燒瓶、玻璃管、量筒等。

試驗裝置如圖1所示。在試樣管內(nèi)壁注入耐酸樹脂進行密封，以防止酸液腐蝕試樣管的內(nèi)壁。將密封好的試樣放入燒瓶，在燒瓶中倒入腐蝕溶液，瓶口用塞子密封，然后將燒瓶浸入恒溫水浴槽中進行浸泡腐蝕試驗。

圖1 耐腐蝕試驗裝置

腐蝕數(shù)據(jù)顯示：在70℃的煙囪冷凝液（pH值為1.69）中浸泡168 h后，碳鋼、ND鋼發(fā)生了腐蝕，兩者的腐蝕速率較為接近，分別為1.56 g/（m2·h）與1.66 g/（m2·h）。而2205雙相不銹鋼、鈦管、316L奧氏體不銹鋼、254SMO超級奧氏體不銹鋼、316L搪瓷管、氟塑料管則無明顯的腐蝕減重。

1.4 試驗步驟

（1）取每種材料的管樣各3根，制成5 cm長的標(biāo)準(zhǔn)試樣管，用無水乙醇清洗去油，再用去離子水清洗、烘干、稱重。

（2）在試樣管內(nèi)壁注入聚甲基丙烯酸甲酯樹脂完全密封后，分別浸入裝有煙囪冷凝液（pH值為1.69），10%H2SO4溶液（添加有HCl 3 000 mg/L，HF 20 mg/L），30%H2SO4溶液（添加有HCl 3 000 mg/L，HF 20 mg/L）的燒瓶中，放置于70℃恒溫浴鍋中，分別放置168 h，72 h，72 h后取出，用去離子水清洗、烘干、稱重。

（3）根據(jù)浸泡前后的稱重，計算試樣失重ΔW。根據(jù)試樣的外徑和長度，計算外表面積A。最后根據(jù)式（1）計算每個試樣在一定時間內(nèi)的腐蝕速率V。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 腐蝕速率

在煙囪冷凝液和不同濃度硫酸溶液中，8個樣品的腐蝕試驗結(jié)果見表2，由表2得到的8種材質(zhì)腐蝕速率見圖2。

圖2 8種材質(zhì)的腐蝕速率

在70℃，10%H2SO4溶液中（添加HCl 3000 mg/L，HF 20 mg/L）浸泡72 h后，碳鋼、ND鋼發(fā)生了顯著腐蝕，但ND鋼的腐蝕速率明顯低于碳鋼。2205雙相鋼以及鈦管也有一定的腐蝕失重。316L、氟塑料管、316L搪瓷管、254SMO均無明顯的腐蝕減重。

表2 8個樣品的腐蝕速率g/（m2·h）

在70℃，30%H2SO4溶液中（添加HCl 3 000 mg/L，HF 20 mg/L）浸泡72 h后，碳鋼、ND鋼發(fā)生了顯著腐蝕，但ND鋼比碳鋼腐蝕速率仍低于碳鋼。2205雙相鋼以及鈦管的腐蝕速率增加至30～40 g/（m2·h）。316L、搪瓷管、254SMO、氟塑料管仍然沒有明顯的腐蝕減重。

2.2 腐蝕形貌

選取經(jīng)過30%H2SO4溶液腐蝕后的試驗樣品，使用掃描電子顯微鏡觀察表面腐蝕形貌（見圖3），并用能譜儀對腐蝕產(chǎn)物的成分進行分析。掃描電鏡及能譜分析結(jié)果顯示：

（1）ND鋼在30%硫酸溶液中表面生成了一層富Cu、富Sb的鈍化層，對金屬基體有保護作用，降低了腐蝕速率。

（2）雙相不銹鋼2205含有鐵素體及奧氏體，其中的鐵素體在30%硫酸溶液中發(fā)生了優(yōu)先溶解。

圖3 30%H2SO4溶液腐蝕后的試樣表面形貌

（3）316L與254SMO等奧氏體不銹鋼經(jīng)30%硫酸溶液腐蝕后的表面富含Cr，Ni，Mo元素，使其具有很好的耐腐蝕性。254SMO表面的Cr，Ni，Mo元素的含量比316L更高，因而具有更好的耐腐蝕性。

（4）鈦管在高濃度硫酸溶液中耐腐性不佳，這是鈦（TA2）在酸性較大的高溫環(huán)境中二氧化鈦膜遭到了破壞，加速了金屬內(nèi)部的腐蝕[3]。

（5）如圖3（f）所示，搪瓷層含有大量微孔且具有脆性，在腐蝕及熱應(yīng)力作用下易發(fā)生剝落，造成金屬基體的局部腐蝕。PTFE截面致密無氣孔。

3 結(jié)論

（1）ND鋼在高濃度硫酸中表面生產(chǎn)了富Cu與Sb的保護層，耐腐蝕性優(yōu)于碳鋼，但在低濃度硫酸中其耐腐蝕性能與碳鋼相比無明顯優(yōu)勢。

（2）鈦管以及2205雙相不銹鋼在煙囪冷凝液中的腐蝕速率很低，但在高濃度硫酸溶液中的腐蝕速率明顯升高。

（3）在被測試的金屬材料中，254SMO具有最好的耐腐蝕性，在70℃的煙囪冷凝液（pH值為1.69），10%H2SO4溶液（添加有HCl 3 000 mg/L，HF 20 mg/L），30%H2SO4溶液（添加有HCl 3 000 mg/L，HF 20 mg/L）中浸泡，254SMO的腐蝕速率僅為0 g/（m2·h），0.58 g/（m2·h），0.72 g/（m2·h）。

（4）搪瓷管在各種濃度的硫酸溶液中的腐蝕速率均較低，但其搪瓷層含有大量微孔且具有脆性，易發(fā)生開裂造成金屬基體的局部腐蝕。

（5）PTFE在各種濃度硫酸溶液中的腐蝕速率都為0 g/（m2·h），具有優(yōu)異的耐腐蝕性。

[1]顧咸志.濕法煙氣脫硫裝置煙氣換熱器的腐蝕及預(yù)防[J].中國電力，2006，39（2）∶86-91.

[2]何立波，陳恩鑒，林伯川.搪瓷熱管的耐腐蝕實驗研究[J].玻璃與搪瓷，2002，30（3）∶29-31.

[3]李雙龍，李潤平.火電廠煙囪內(nèi)壁耐腐蝕金屬材料的選擇[J].熱力發(fā)電，2011，40（7）∶28-31.

（本文編輯：陸瑩）

Evaluation on Material Anti-corrosion Performance of Water Medium Heat Pipe Gas Gas Heater

BAO Ting
（Zhejiang Energy Group Research and Development，Hangzhou 310003,China）

Water medium heat pipe gas gas heater（WGGH）heat exchanger faces acid dew corrosion in operation.Therefore，the material of heat exchange tube must be corrosion resistant.The corrosive environment of WGGH is simulated and corrosion resistances of eight material candidates are compared by using self-designed soak test.Besides，surface topography of the material after corrosion is investigated by means of scanning electron microscopy.The result shows that anti-corrosion performance of ND steel is superior to that of carbon steel in high-concentration sulphuric acid；the corrosion rates of stainless steel 254SMO are all lower in sulphuric acid solutions with different concentrations;polytetrafluoroethylene（PTFE）plastic is of favorable anti-corrosion performance.

WGGH；material；acid dew corrosion；corrosion rate

TG113.23+.1

：B

：1007-1881（2014）11-0052-03

2014-09-11

鮑聽（1983－），男，浙江富陽人，助理工程師，從事發(fā)電廠材料失效分析工作。