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露點(diǎn)腐蝕

2021-10-12 14:06:00 作者：工業(yè)小南點(diǎn) 來(lái)源：工業(yè)小南點(diǎn) 分享至：

第五章

幾種特殊環(huán)境下的腐蝕

Vol.5.3.1

露點(diǎn)腐蝕定義

露點(diǎn)（Dew point），又稱(chēng)露點(diǎn)溫度（Dew point temperature）；露點(diǎn)腐蝕是指飽和蒸汽因冷卻而凝結(jié)成液體對(duì)材料造成的腐蝕。關(guān)于露點(diǎn)或露點(diǎn)溫度的定義較多，綜合起來(lái)有氣象和化學(xué)兩種解釋。

在氣象學(xué)中是指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，空氣中所含的氣態(tài)水達(dá)到飽和而凝結(jié)成液態(tài)水所需要降至的溫度。在該溫度下，凝結(jié)的水飄浮在空中稱(chēng)為霧、而沾在固體表面上時(shí)則稱(chēng)為露，因而得名露點(diǎn)。一般把0℃以上稱(chēng)為“露點(diǎn)”，把0℃以下稱(chēng)為“霜點(diǎn)”。霜點(diǎn)溫度下，因水分變?yōu)楣腆w，而幾乎對(duì)材料沒(méi)有腐蝕性。

化學(xué)中指在一個(gè)單相氣體體系中，由于溫度和壓力的改變，系統(tǒng)中出現(xiàn)第一個(gè)液滴時(shí)的溫度或壓力。化工中，將不飽和空氣等濕冷卻到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度稱(chēng)為露點(diǎn)，相應(yīng)的濕度稱(chēng)為飽和濕度。

在石油天然氣工程中，露點(diǎn)指在溫度一定的情況下，開(kāi)始從氣相中分離出第一批液滴的壓力，或在壓力一定的情況下，開(kāi)始從氣相中分離出第一批液滴的溫度。根據(jù)GB 50251[1]，烴露點(diǎn)（hydrocarbon dew point）為氣體在一定壓力下析出第一滴液態(tài)烴時(shí)的溫度。酸露點(diǎn)溫度可用酸露點(diǎn)儀直接鍘定，也可用經(jīng)驗(yàn)公式和圖表進(jìn)行計(jì)算。

露點(diǎn)腐蝕按照冷凝液的不同種類(lèi)可以分為硫酸露點(diǎn)腐蝕、鹽酸露點(diǎn)腐蝕、硝酸露點(diǎn)腐蝕、以及水露點(diǎn)腐蝕等。其中硫酸和鹽酸露點(diǎn)腐蝕造成的危害在現(xiàn)代工業(yè)中相當(dāng)嚴(yán)重，這些酸性的氣體排放到大氣中又成為一大社會(huì)公害。

硫酸露點(diǎn)腐蝕是露點(diǎn)腐蝕中最常見(jiàn)的一種，是指在電力、冶金、石油石化等工業(yè)領(lǐng)域，在采用高硫燃料（重油、煤等）的鍋爐，或硫磺回收裝置中的換熱器等的設(shè)備上，因介質(zhì)中的SO2有一部分氧化成SO3，SO3可和介質(zhì)中的水蒸氣結(jié)合成H2SO4蒸氣，在低溫（100～160℃）部位，如引風(fēng)機(jī)擋板、冷卻器、省煤器、集塵器、空氣預(yù)熱器、煙道和煙囪等處結(jié)露成H2SO4液體，對(duì)設(shè)備造成腐蝕。因SO2對(duì)露點(diǎn)溫度的影響很小，在相當(dāng)大的濃度范圍內(nèi)，露點(diǎn)的波動(dòng)不超過(guò)1K[2], 一般情況下可以忽略，所以主要是SO3含量對(duì)露點(diǎn)溫度影響。這種在露點(diǎn)溫度下形成H2SO4而造成設(shè)備腐蝕的現(xiàn)象，稱(chēng)之為“硫酸露點(diǎn)腐蝕”。

煉油行業(yè)常減壓蒸餾裝置、加氫裝置及其冷凝循環(huán)系統(tǒng)的HC1-H2S-H2O露點(diǎn)腐蝕，是由于蒸餾塔頂?shù)臏囟容^高，油氣被冷凝時(shí)，油氣中的HCl首先被冷凝下來(lái)，此時(shí)油氣介質(zhì)約有50%的HCl溶解在5%的初凝水中，初凝水中HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1～2%，幾乎全部HCl溶解于先凝結(jié)的20%的水中。這使露點(diǎn)部位初凝水中HCl的含量很高，pH值小于1，溫度又相對(duì)較高，引起初凝區(qū)金屬的強(qiáng)酸性腐蝕。

Vol.5.3.2

露點(diǎn)腐蝕對(duì)壓力容器的危害

長(zhǎng)期以來(lái)，露點(diǎn)腐蝕嚴(yán)重影響了火力發(fā)電、冶金、煉油裝置的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。隨著節(jié)能壓力的不斷加大，一般企業(yè)為實(shí)施節(jié)能，在許多燃燒裝置上都裝備有大量空氣預(yù)熱器、省煤器、余熱鍋爐等余熱回收設(shè)備。因要求排煙溫度越來(lái)越低，而燃料中的硫含量又難以得到有效控制，由此，造成余熱回收設(shè)備的換熱面上發(fā)生強(qiáng)烈的低溫露點(diǎn)腐蝕，某些換熱器、管道等因嚴(yán)重腐蝕，幾個(gè)月即發(fā)生穿孔，使整個(gè)裝置不能正常運(yùn)行。如某廠1996年4月新增加的2臺(tái)鍋爐空氣預(yù)熱器在運(yùn)行僅1a左右的時(shí)間，因腐蝕穿孔被迫停爐更換，分析結(jié)果認(rèn)為燃料硫含量高、煙氣流速偏低和存在水蒸氣形成硫酸露點(diǎn)腐蝕是空氣預(yù)熱器腐蝕的主要原因。某企業(yè)煤化稀硝車(chē)間的2臺(tái)低壓反應(yīng)水冷凝器為固定管板式換熱器，運(yùn)行約5a后發(fā)現(xiàn)腐蝕嚴(yán)重，失效分析結(jié)果，其腐蝕原因?yàn)榱蛩崧饵c(diǎn)腐蝕。

為了保護(hù)設(shè)備，往往又不得不提高煙氣最終排放溫度，使金屬表面溫度高于露點(diǎn)溫度，從而防止或減少結(jié)露產(chǎn)生酸腐蝕。所以，煙氣酸露點(diǎn)腐蝕成為降低排煙溫度、提高熱效率的主要障礙。

在加熱爐和余熱回收系統(tǒng)中，高溫?zé)煔獯┻^(guò)孔隙率較高的襯里材料（例如陶瓷纖維毯、氈和模塊）在低溫的爐壁板上冷凝出酸性冷凝液，對(duì)金屬材料和爐襯保溫釘產(chǎn)生破壞性的腐蝕，嚴(yán)重時(shí)，可造成爐墻襯里脫落，爐壁板嚴(yán)重腐蝕減薄，甚至穿孔。

在化工、石化行業(yè)，工藝介質(zhì)的冷凝過(guò)程中，介質(zhì)溫度不可避免的要經(jīng)過(guò)露點(diǎn)溫度，如硫磺回收裝置中的硫冷器、常減壓裝置的塔頂冷凝系統(tǒng)，這些裝置的換熱設(shè)備往往因露點(diǎn)腐蝕導(dǎo)致傳熱元件腐蝕失效，造成裝置非計(jì)劃停車(chē)。有些還因?yàn)楦g穿孔，造成可燃物質(zhì)泄漏，影響安全生產(chǎn)。

露點(diǎn)腐蝕還是導(dǎo)致不銹鋼設(shè)備、過(guò)熱蒸汽設(shè)備發(fā)生SCC的重要因素。如，某烯烴廠的ARGG裝置投產(chǎn)僅4個(gè)月發(fā)現(xiàn)該裝置能量回收系統(tǒng)四旋至臨界流速?lài)娮扉g煙氣管道多處被點(diǎn)蝕穿孔，并有少量煙氣和催化劑細(xì)粉漏出，腐蝕失效機(jī)理分析表明硝脆、硫酸露點(diǎn)腐蝕和諸多應(yīng)力的存在使煙氣管道產(chǎn)生了應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

露點(diǎn)溫度下形成的液珠，在高流速下，還可以對(duì)設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的沖刷腐蝕，因此，GB 50251[1]規(guī)定，進(jìn)入輸氣管道的氣體烴露點(diǎn)應(yīng)低于最低輸送環(huán)境溫度等。

Vol.5.3.3

露點(diǎn)腐蝕形貌

因冷凝的介質(zhì)組分和材料的不同組合，可以產(chǎn)生不同的腐蝕形態(tài)。包括空氣預(yù)熱器、省煤器、對(duì)流段冷進(jìn)料、常減壓塔頂出料換熱器、催化裂化再生器、硫冷器、爐壁、煙囪等的低溫部位。露點(diǎn)腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，在強(qiáng)酸性條件下以全面腐蝕減薄為主，酸性較弱的情況下，可能誘發(fā)點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕裂紋、氫誘導(dǎo)開(kāi)裂等。如，某煉油廠焦化爐燒高硫渣油，對(duì)流段注水管進(jìn)料溫度在100℃以下，碳鋼注水管因露點(diǎn)腐蝕穿孔，圖5-23；某乙烯裝置裂解爐SHS（超高壓蒸汽）系統(tǒng)不銹鋼蒸汽管道內(nèi)壁露點(diǎn)腐蝕誘發(fā)的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，圖5-24；原油長(zhǎng)輸管道加熱爐空氣預(yù)熱器釘頭管因外壁露點(diǎn)腐蝕造成全面腐蝕減薄，釘頭管根部焊縫發(fā)生電偶腐蝕，加速局部腐蝕減薄，圖5-25；制氫轉(zhuǎn)化爐不銹鋼空氣預(yù)熱器煙氣出口端酸露點(diǎn)腐蝕造成不銹鋼板片和碳鋼煙道全面腐蝕減薄穿孔，圖5-26。腐蝕最嚴(yán)重的部位在初凝點(diǎn)位置，隨著冷卻溫度降低，冷凝液酸濃度由濃到低，腐蝕速率一般也由高到低。