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重质燃料油燃烧过程中的腐蚀及其防护技术研究

娄世松  
【摘要】:重质燃料油一般是原油经过炼制所产生的渣油经调合而成的,主要用作蒸汽锅炉、加热炉以及燃汽轮机的燃料。由于其中含有S、V、Na等腐蚀性元素,因此在燃烧过程中会产生高温腐蚀及硫酸露点腐蚀。本文结合石油化工工业装置,探讨了重质燃料油腐蚀规律及防腐措施。主要通过对锅炉管用材20G、加热炉炉管用材Cr5Mo及Cr5Mo渗铝材料的耐蚀性和燃料油脱Na、V以及耐硫酸露点腐蚀材料的研究,为重质燃料油燃烧过程中综合防腐寻找对策。 通过对重质燃料油中金属存在形态的分析,提出了采用高温反应,低温加水分离的工艺脱除燃料油中的钒,同时还可脱除燃料油中的钠的方法,与已有技术相比较,该法采用了无腐蚀性有机化学药剂,并且采用了电场分离技术,实现了工业化。通过研究发现:对于不同原料油,需采用不同的药剂及工艺条件;反应温度对钒的脱除率影响很大,温度越高,钒的脱除率越大。反应时间对钒的脱除率有一定影响,反应时间越长,钒的脱除率越高。药剂加入量对钒的脱除率也有影响,药剂量大脱除率越高。分离条件对钒和钠的脱除也很重要,王要影响因素有分离温度、停留时间、混合强度和电场强度。在优化的工艺条件下,钒的脱除率可达70%以上,钠的脱除率在90%以上,从而为解决高温腐蚀问题奠定了基础。 钢铁渗铝后,表面形成0.1~0.5mm的铝铁合金层,它具有耐氧化、耐腐蚀、耐磨损三大优良特性,在石油、化工、冶金、电力等行业中有着广泛的应用。前人对于新的渗铝工艺及渗铝钢在含钒熔灰环境下的腐蚀行为研究较少,本文重点研究了渗铝新工艺和碳钢、碳钢渗铝材料、Cr5Mo及Cr5Mo渗铝材料在含钒燃灰灰环境下的腐蚀行为。通过优选渗铝剂配方及合理控制工艺参数,可以有效地保证渗铝层的表面质量,满足不同使用工况条件对渗铝层的要求。渗铝层主要为FeAl合金相,且连续、均匀、致密、不存在脆性区。在600℃、700℃、750℃模拟燃烧灰中的高温试验结果表明:渗铝材料的抗氧化性和耐高温熔灰腐蚀性能明显优于未渗铝材料,其原因主要是FeAl合金相的耐蚀作用。 重质燃料油中通常含有一定量的硫及硫化物,燃烧过程中绝大部分形成二氧化硫,二氧化硫在一定条件下与氧化合形成三氧化硫。三 北京化工大学博士论文 尹 氧化硫在无水情况下与金属几乎不发生作用,但当它与烟气中水蒸汽 (5%一18%)结合形成硫酸时,却大幅度提高烟气的露点。当接触烟气 的设备表面温度低于露点时,即发生酸液的凝结并强烈地腐蚀金属。 由于所生成的硫酸常在锅炉省煤器、加热炉空气预热器和对流室介质 入口及烟道等低温端凝聚并引起腐蚀,所以这种腐蚀又叫冷端腐蚀。 本论文对防止硫酸露点腐蚀材料进行了研究。通过对一镍基合金涂层配 方试验及金相测试、腐蚀实验证明:所开发的涂层具有耐蚀性好、导 热性高、耐一热冲击性能优异及不易脱落等特点;在进行翅片管涂覆时, 还可在翅片根部起到钎焊作用,使之在形成涂层的同时,将翅片与钢 管牢固地连接在一起,减少热阻,提高传热效率和结构强度,使涂覆 防护翅片得到最佳的综合性能。应用表明:所研制的耐蚀复合涂层有较 高的耐蚀能力,大大减缓了露点腐蚀对换热管的侵害,该涂层防护钎 焊翅片管换热效率较高,可使排烟温度有所降低,提高了锅炉的整体 热效率;使用耐蚀涂层防护光管和钎焊翅片管由于腐蚀轻微,腐蚀结 垢极薄,抑制了灰垢的大量沉积和堵塞,可使锅炉热负荷提高,大大 降低总体运行成本。


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