高温烟气的形成及腐蚀机理
MTO 反应及催化剂再生均是在高温条件下进行的,再生过程会产生大量600~800℃的高温烟气,烟气中夹带 CO2、O2、SO2、蒸汽等介质,能对加热炉产生高温氧化化学腐蚀,使碳钢在 300℃以上时表面生成一层氧化皮,甚至在一定温度下可使材料脱碳。炉管表面氧化皮由三部分组成,即 Fe2O3、Fe3O4 和 FeO。
Fe2O3 和 Fe3O4 组织致密,附着力强,阻碍氧原子进一步扩散,起到保护作用。而 FeO 的结构为简单的立方晶格,结构疏松,因而氧原子易扩散到表面使铁继续氧化。氧化皮的组成大约为 Fe2O3:Fe3O4:FeO=1:10:100,即氧化皮大部分由 FeO 构成。因此钢的表面被不断的剥离,直至全部氧化为止。
在一定的条件下钢不仅会氧化,而且还会产生脱碳反应,脱碳的结果使金属表面固溶碳减少,影响了金属的机械强度,也降低了金属表面的硬度和疲劳极限。
脱碳腐蚀机理
脱碳是指热态下介质与金属中的碳发生反应使合金表面失去碳,导致材料碳含量降低,材料的强度下降。金属接触高温环境、在某些高温气体环境中使用、热处理、火焰炙烤时会发生脱碳。
脱碳一般仅发生在金属表面,极端情况下可能发生穿透脱碳,脱碳后的合金出现软化现象。脱碳层没有碳化物相,碳钢在完全脱碳后可变为纯铁。室温抗拉强度和蠕变强度都可能降低,但浅层脱碳对部件的整体性能没有影响。但如果钢出现脱碳,说明已经过热,可能还存在其他损伤,如临氢环境下的高温氢腐蚀。
气相介质碳含量越低钢材脱碳可能性越大;温度越高、接触或使用时间越长,脱碳越严重。
475℃脆化机理
475℃脆化是指含铁素体相的合金在 316~540℃温度范围使用时,脆性金属间化合物析出,并逐渐累积,导致材料产生脆化的过程,尤其在 475℃附近时脆化最为敏感。脆化过程金相组织变化不明显,即使金相分析也不易识别,材料硬度增高韧性降低,对发生 475℃脆化的在役设备试样进行弯曲和冲击试验,弯曲性能和冲击功均不合格。
在 475℃时金属间脆性相极易析出,随时间逐步积累并引发损伤,操作温度高于或低于 475 ℃时脆化速率都会降低,材料韧性在操作温度下变化不大,但在较低温度下显著降低,若在更高温度下进行回火或在转变温度范围内保持或冷却均可导致材料脆化。在脆化温度范围内停留时间越长材料脆化倾向越大。降低铁素体相含量有利于防止材料脆化,在脆化温度范围内损伤敏感性随铁素体相含量增加而增大,且在韧脆转变温度下显著增大。
反再系统催化剂磨蚀损伤的原因
在反应再生系统中由于受到高温催化剂的高速冲刷,可能造成腐蚀较为严重的部位有:再生器主风分布管喷嘴、外取热器增压风分布管、旋分器灰斗及翼阀阀板、滑阀阀道及阀板以及进料喷嘴等部位,腐蚀形态为沟槽、波纹或局部穿孔。
介质以较高的速度通过喷嘴,在喷嘴出口就会形成一个负压区,产生涡流,催化剂将被吸进负压区对该区的金属产生严重的磨蚀。由于原料油在提升管内汽化,体积增大,提升管出口处油气线速很高,催化剂是通过离开提升管时的高速惯性作用和重力作用而与油气快速分离的。因此,与这股高速催化剂流接触的所有构件,均有被冲蚀和磨蚀的可能,离出口越近,其冲蚀和磨蚀的危险越大。
在管道中,特别是流速较高的管道中,当介质改变流向时,由于惯性力作用,弯头外侧内壁将受到冲蚀。介质流速越高、颗粒密度越大,这种冲蚀就越严重。对烟气和油气来说,总是或多或少含有一定量的催化剂,所以这种冲蚀是必然存在的,只有严重程度不同的差别。其形态大多是呈现出被冲蚀一侧的均匀腐蚀。
煤化工装置的腐蚀系列文章至此结束。
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