{首页主词},&

高溫除塵濾袋用文丘里失效分析及改進(jìn)

2019-01-25 12:02:17 作者：侯力強(qiáng) 來(lái)源：《腐蝕與防護(hù)》分享至：

文丘里是什么？

文丘里除塵濾袋是由袋口的文丘里管連接底部濾袋組成的，其作用在于促進(jìn)噴出的壓縮空氣與被誘導(dǎo)的二次氣流盡快進(jìn)行能量交換。

圖1 文丘里管的形貌

文丘里管的形狀如圖1所示，屬于除塵器配件之一，通常與除塵骨架配套使用。

背景

本工作用文丘里管由361L不銹鋼制成，配合金屬纖維氈濾袋在某造紙污泥焚燒發(fā)電除塵項(xiàng)目中進(jìn)行了應(yīng)用，該工況溫度波動(dòng)較大（90℃~300℃），一般的布袋容易產(chǎn)生“燒袋”，另外該工況的含塵氣體中Cl-、S2-的含量較高，并且氣體中水分含量較高。當(dāng)除塵倉(cāng)運(yùn)行3個(gè)月后，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)排放濃度有升高趨勢(shì)，立刻打開(kāi)其中一個(gè)除塵倉(cāng)室進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)較多的文丘里管的端口和喉管口部分出現(xiàn)了生銹、破裂現(xiàn)象，如圖2所示，破裂后的鐵片掉落在濾袋內(nèi)部，在脈沖氣體的沖刷下，導(dǎo)致濾袋出現(xiàn)破損，引起泄露。本工作針對(duì)文丘里管在此次工況下的失效原因進(jìn)行了分析并提出了改進(jìn)措施。

a端口

b喉管

圖2 文丘里失效破損形貌

理化檢驗(yàn)

01化學(xué)成分

由表1可見(jiàn)：失效文丘里管的化學(xué)成分均在參考值范圍之內(nèi)，滿足材料使用要求，首先排除材料成分不合格原因。

表1 失效文丘里管的主要化學(xué)成分

02組織分析

a端口

b喉管

圖3 失效文丘里組織形貌

由圖3可見(jiàn)：變形量較小的端口部分組織晶粒內(nèi)部有大量孿晶，晶界規(guī)則，主要為奧氏體；而經(jīng)過(guò)沖壓變形后，喉管部分材料組織晶粒由等軸晶粒拉伸至條帶狀組織，具有明顯的方向性。圖3中還可見(jiàn)：沖壓板的組織中晶界處出現(xiàn)大量的黑點(diǎn)區(qū)域，如圈中所示，應(yīng)屬奧氏體中碳化物被腐蝕后形成的點(diǎn)蝕坑。

圖4 失效文丘里管組織的XRD圖譜

如圖4所示，圖中出現(xiàn)了原始奧氏體組織的3個(gè)特征衍射峰，所對(duì)應(yīng)晶面指數(shù)分別為（111）、（200）、（220），但同時(shí)也伴隨著另外三個(gè)衍射峰：（110）、（200）、（211），屬于馬氏體組織3個(gè)特征衍射峰，通過(guò)兩者峰值強(qiáng)度的比較可以明顯看出馬氏體組織占有較大比例。

03斷口形貌

圖5 失效文丘里管的裂紋擴(kuò)展路徑及斷口形貌

如圖5所示：裂紋起源于表面，垂直擴(kuò)展，裂紋呈樹(shù)枝狀，裂紋斷口截面平整，表現(xiàn)為沿晶和解理混合斷裂方式，屬于典型的脆性斷裂，在斷口截面可以觀察到一些腐蝕產(chǎn)物，經(jīng)過(guò)能譜分析后發(fā)現(xiàn)含有大量的Cl-、S2-，見(jiàn)圖6。

圖6 腐蝕產(chǎn)物能譜分析結(jié)果

文丘里管發(fā)生脆斷的原因如下：一方面馬氏體晶內(nèi)強(qiáng)度大于晶界，晶粒在受力變形過(guò)程中硬度較高的馬氏體和晶界碳化物會(huì)成為裂紋萌生的主要位置；另一方面外界的Cl-、S2-會(huì)對(duì)馬氏體組織產(chǎn)生較強(qiáng)的腐蝕，兩方面原因會(huì)導(dǎo)致裂紋的擴(kuò)展方式屬于沿晶擴(kuò)展，產(chǎn)生脆性斷裂。

改進(jìn)措施

根據(jù)上述分析結(jié)果，本工況中文丘里管失效的原因是：一方面其在制備過(guò)程中產(chǎn)生了耐蝕性差的形變馬氏體和碳化物，另外工況中水分含量高，溫度變化較大，氣體到達(dá)濾袋出口的溫度低（90~100℃），遇到文丘里管會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象；另一方面氣體受?chē)姶祲嚎s空冷空氣降溫后也會(huì)出現(xiàn)冷凝。綜合結(jié)果導(dǎo)致在袋口位置出現(xiàn)了Cl-、S2-的液化和富集現(xiàn)象，形成的腐蝕性溶液附著于袋口表面，結(jié)合噴吹壓力，最終出現(xiàn)了應(yīng)力腐蝕脆性斷裂。

針對(duì)以上原因，首先通過(guò)固溶處理，將文丘里管在真空氣氛下，1050℃保溫30min以消除形變馬氏體，使組織轉(zhuǎn)變?yōu)閱我坏膴W氏體，這有助于增加文丘里管的耐蝕性。由圖7可見(jiàn)：經(jīng)過(guò)固溶處理，形變馬氏體和晶界碳化物均消失，晶粒形狀為較規(guī)整的多邊形，通過(guò)XRD衍射對(duì)組織進(jìn)行分析后，只出現(xiàn)奧氏體組織的3個(gè)特征衍射峰：（111）、（200）、（220）。

在工況方面：通過(guò)提高噴吹氣體溫度，減少了水蒸氣液化的產(chǎn)生，在濾芯方面，金屬纖維氈采用雙面復(fù)網(wǎng)，增加耐磨強(qiáng)度。通過(guò)以上改進(jìn)措施，除塵設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間工作后仍運(yùn)轉(zhuǎn)正常，排放濃度達(dá)到預(yù)期要求。

圖7 退火文丘里管的組織形貌

結(jié)論

1. 文丘里管在制備過(guò)程中不可避免會(huì)出現(xiàn)大尺寸的形變，文丘里管中的奧氏體組織經(jīng)過(guò)劇烈變形后會(huì)產(chǎn)生形變馬氏體組織，在具有腐蝕性氣氛環(huán)境中使用時(shí)，硬度較高的馬氏體晶界碳化物會(huì)成為裂紋萌生的主要位置，結(jié)合外界的腐蝕介質(zhì)會(huì)對(duì)馬氏體組織產(chǎn)生較強(qiáng)的應(yīng)力腐蝕，這會(huì)導(dǎo)致文丘里管出現(xiàn)脆性斷裂。

2. 針對(duì)溫度變化較大，含塵氣體成分復(fù)雜的工況，需要對(duì)原有除塵工藝進(jìn)行改進(jìn)：使用前需要對(duì)文丘里管進(jìn)行固溶處理，使得馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閱我粖W氏體，同時(shí)除去晶界碳化物，有助于提高文丘里管的耐蝕性；在濾芯方面，金屬纖維氈采用雙面復(fù)網(wǎng)，增加耐磨強(qiáng)度，可滿足長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的要求。

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國(guó)內(nèi)外最新動(dòng)態(tài)，我們網(wǎng)站會(huì)不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：韓鑫

《中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事
投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414