CN101251467B - 评价材料抗露点腐蚀的测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及评价材料抗硫酸露点腐蚀性能优劣的测试装置及测试方法。该装置结构为：SO₂气瓶连接干燥塔后通过流量计连接到气体混合器；空压机经干燥塔通过流量计和置于恒温水槽内的鼓泡瓶连接，再连接到气体混合器；混合器与加热炉及尾气吸收装置串连，加热炉10内放置装有腐蚀介质及试样的陶瓷坩埚。该装置是通过测定试样实验前后的重量变化来评价的，测试时技术参数如下：空气流量为1000～2000ml/min，SO₂气体流量为10～50ml/min，恒温水浴温度控制在60～95℃，加热炉温度控制在60～200℃，腐蚀介质为质量浓度为80～90％的浓硫酸，实验时间为24小时。

Description

评价材料抗露点腐蚀的测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种评价材料抗硫酸露点腐蚀性能优劣的测试装置及其测试方法。更具体地说，本发明通过模拟加热炉对流段、省煤器、锅炉的现场工况，定量评价不同材料抗硫酸露点腐蚀性能的优劣。

技术背景

含硫燃料燃烧后的气体用来加热工艺介质或提供一定的热量。燃料中含有的硫化物燃烧后生成二氧化硫气体(SO₂)，其中一部分二氧化硫气体被烟气中含有的氧氧化成三氧化硫(SO₃)，进而与气体中的水蒸气结合生成硫酸(H₂SO₄)。由于所生成的硫酸会在废气预热器、空气预热器、烟道等温度低处凝聚而引起腐蚀，因此，这种现象被称为硫酸露点腐蚀。

在石化公司炼油厂和化工厂加热炉对流段炉管及空气预热器中普遍存在着低温露点腐蚀-SO₂、SO₃-H₂O型腐蚀，包括常减压装置、焦化装置、制氢装置、乙烯装置、动力锅炉省煤器、催化装置废热锅炉等，在引风机挡板、集尘器、烟道和烟囱等与含硫燃料燃烧废气接触的低温部位也存在低温露点腐蚀。一旦存在露点腐蚀，其腐蚀速率很高，可达2～3mm/a。低温露点腐蚀造成加热炉对流段钉头管、空气预热器、省煤器等腐蚀穿孔，运行时间短，非计划停车多。如某石化公司重油催化裂化装置余热锅炉加热炉省煤器虽然排烟温度达到170℃，但使用仅20多天就穿孔了。随着原油中硫含量增加，尤其炼制高硫原油比例大幅度提高，含硫烟气的硫酸露点腐蚀问题日趋严重。因而，露点腐蚀引起的设备腐蚀失效已成为制约炼油生产装置长周期平稳运行的瓶颈。

露点，从化学观点解释是水蒸汽开始凝结的温度，从气象学观点解释是空气未经额外的湿度增加或压力改变而冷却至饱和的温度，温度更低时将促成凝结。但从微观上解释是凝结物从液体表面蒸发的速率与其蒸汽凝结的速率相等时的温度。露点腐蚀是饱和蒸汽因冷却而凝结成液体对材料造成的腐蚀，在腐蚀八大形态中，它属于均匀腐蚀，当然蒸汽并不一定是单指水蒸汽。露点腐蚀与一般液体腐蚀不同之处在于后者未经饱和蒸汽冷却而直接由液体对材料整体进行腐蚀，前者则是一层一层地结露后才进行腐蚀，因此腐蚀速率受凝结速率与凝结物扩散至材料表面之速率所限制，但液体腐蚀不受此种因素影响。

冷凝硫酸有两大危害：一是腐蚀设备，二是吸附烟灰，从而构成难以清除的粘性积灰。因此，最好的措施是降低烟气露点和提高换热面壁温，使设备在露点以上运行。通常可以采用以下措施：使用低硫燃料降低烟气露点；提高冷介质的进口温度或提高换热面金属的表面温度，避免酸的“露点”出现；注入添加剂；选用耐硫酸露点腐蚀材料；采用耐蚀防护涂层。在国家不断倡导“节能减排”的号召下，企业为了提高热效率，尽量降低排烟温度，造成露点腐蚀问题的出现不可避免，在加热炉对流段、省煤器的换热管等低温部位大量地采用抗露点腐蚀材料。

在不同的腐蚀环境中，选择相应的耐蚀材料问题，归根结底是一个技术经济问题。在实际应用中，若选择较可靠的材料，必定会加大工程建设投资；若选择较低档的材料，但事故率可能会增加并最终影响经济效益。因此，建立一套合理的材料露点腐蚀装置如何评价不同材料抗硫酸腐蚀性能的优劣成为正确选材的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一套评价材料抗露点腐蚀性能的测试装置，并提供评价测试方法。本发明所要解决的问题是在实验室建立一套材料抗露点腐蚀评价装置，克服现有实验室无法正确评价材料抗露点腐蚀性能。本发明采取的露点腐蚀评价装置，结构简单、操作方便，评价结果与实际考核相符。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种评价材料抗露点腐蚀性能的测试装置，主要包括压缩空气装置、SO₂气瓶、恒温水浴装置、管式加热炉装置和尾气处理系统，其特征在于，SO₂气瓶1连接干燥塔2后通过流量计3连接到气体混合器9；空压机4连接到干燥塔5，然后通过流量计6和置于恒温水槽7内的串连的鼓泡瓶8连接，再连接到气体混合器9；混合器9的出口与加热炉10的进口连接，加热炉10内放置装有腐蚀介质及试样的陶瓷坩埚11，加热炉10的排气端连接尾气吸收装置12。

本发明还提供一种评价材料抗露点腐蚀性能的测试方法，其特征在于，所述测试方法的步骤如下：1、加热炉中放置装有被测试样和腐蚀介质陶瓷坩埚，腐蚀介质为浓硫酸和活性碳；2、启动空压机，空压机中的压缩空气经干燥后进入恒温水浴，调节空气流量；3、SO₂气瓶中的二氧化硫气体进入到干燥塔，脱除气体中携带的水分，调解气体流量；4、步骤2和步骤3中的两股气体经混合器混合后通入管式加热炉；5、处理尾气；

其中，空气流量为1000～2000ml/min，SO₂气体流量为10～50ml/min，恒温水浴温度控制在60～95℃，加热炉温度控制在60～200℃，腐蚀介质为质量浓度为80～90％的浓硫酸，实验时间为24小时。

试样耐硫酸露点腐蚀性能的优劣是通过称重法来实现定量评价。称重法是评价材料耐蚀性能最直接、最简便的方法，尤其是对于小试样更适合。采用精度为0.1mg的电子分析天平测试试样在实验前后重量的变化，得到不同材料在实验条件下的腐蚀速率。

有益效果

本发明露点腐蚀评价装置，结构简单，应用广泛，适合于学校、企业和研究所等单位进行材料的耐蚀性能研究。其测试方法模拟石化企业加热炉对流段烟气露点腐蚀情况，能够达到定量评价不同材料抗硫酸露点腐蚀的目的

附图说明

图1为装置示意图。其中：1-SO₂气瓶；2-干燥塔；3-流量计；4-空压机；5-干燥塔；6-流量计；7-恒温水槽；8-鼓泡瓶；9-气体混合器；10-管式加热炉；11-放腐蚀介质及试样的陶瓷坩埚；12-尾气吸收装置。

具体实施方式

下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但实例并不限制在本发明的保护范围。

采用本发明中的评价装置测试碳钢20g、奥氏体不锈钢304、317和双相不锈钢2205四种金属材料抗硫酸露点腐蚀的性能。

空气流量为1L/min，SO₂气体流量为20ml/min，恒温水浴温度控制在75℃，加热炉温度控制在115℃，炉内腐蚀介质为质量百分比为80％10ml浓硫酸+2g活性碳。

每种材料制取4个平行试样，试样表面用砂纸打磨、丙酮清洗后进行称重。试样的形状、尺寸见表1。

表1露点腐蚀试样材料、尺寸

试验过程如下：启动空压机，空气通过装有硅胶的干燥塔后进入恒温水浴中的鼓泡瓶，使空气中带入一定量的水汽，调节空气流量；钢瓶中二氧化硫气体通过减压阀进入到装有硅胶的干燥塔，脱除气体中携带的水分，调解气体流量；两股气体经混合后通入管式加热炉。加热炉中并排放置四个坩埚，坩埚中为配制的硫酸和活性碳的混合溶液，试样浸入硫酸溶液中，试验时间24小时。

二氧化硫气体有毒，不允许直接排放到大气中去，所以必须对尾气加以处理，试验中采用质量百分比为30％氢氧化钠水溶液来吸收未反应完全的二氧化硫气体，并观察氢氧化钠溶液的颜色变化不断添加氢氧化钠，来保证pH值为碱性。

试验过程中认真检查气体流量是否平稳(主要观测流量计的数值，以及鼓泡和尾气冒泡的情况)，维持加热炉、恒温水浴的温度恒定。

实验结果见下表。

表2硫酸露点腐蚀试验的试样的腐蚀速率

从试验结果可以看出，在四种测试材料中，耐硫酸露点腐蚀性能最好的材料是双相不锈钢2205，其次是碳钢20g，奥氏体不锈钢304和317耐硫酸露点腐蚀性能均较差，这与现场的挂片实验相吻合。

Claims (2)

1.一种评价材料抗露点腐蚀性能的测试装置，其特征在于，所述的测试装置包括：SO₂气瓶(1)连接第一干燥塔(2)后通过第一流量计(3)连接到气体混合器(9)；空压机(4)连接到第二干燥塔(5)，然后通过第二流量计(6)和置于恒温水槽(7)内串连的鼓泡瓶(8)连接，再连接到气体混合器(9)；混合器(9)的出口与管式加热炉(10)的进口连接，管式加热炉(10)内放置装有腐蚀介质及试样的陶瓷坩埚(11)，管式加热炉(10)的排气端连接尾气吸收装置(12)；

所述的腐蚀介质为浓硫酸+活性碳。

2.一种如权利要求1所述的评价材料抗露点腐蚀性能的测试装置采用的测试方法，其特征在于，所述测试方法的步骤如下：1)、管式加热炉中放置装有被测试样和腐蚀介质的陶瓷坩埚，腐蚀介质为浓硫酸+活性碳；2)、启动空压机，空压机中的压缩空气经干燥后进入恒温水槽，调节空气流量；3)、SO₂气瓶中的二氧化硫气体通过减压阀进入到干燥塔，脱除气体中携带的水分，调解气体流量；4)、步骤2)和步骤3)中的两股气体经混合后通入管式加热炉；5)、处理尾气；

其中，空气流量为1000～2000ml/min，SO₂气体流量为10～50ml/min，恒温水槽温度控制在60～95℃，管式加热炉温度控制在60～200℃，所述的浓硫酸为质量浓度为80～90％的浓硫酸，实验时间为24小时。

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