鲍听

（浙江浙能技术研究院有限公司，杭州310003）

水媒管式烟气换热器材料耐腐蚀性评价

鲍听

（浙江浙能技术研究院有限公司，杭州310003）

水媒管式烟气换热器在工作中面临酸露的腐蚀，换热管材料需具备耐腐蚀性。模拟了水媒管式烟气换热器的腐蚀环境，采用自行设计的浸泡试验方法对8种候选材料的耐腐蚀性进行了比较，并采用扫描电镜对材料腐蚀后的表面形貌进行了研究。结果表明，ND钢在高浓度硫酸中的耐腐蚀性优于碳钢；不锈钢254SMO在各种浓度硫酸溶液中的腐蚀速率均较低；聚四氟乙烯塑料（PTFE）具有优异的耐腐蚀性。

水媒管式烟气换热器；材料；酸露点腐蚀；腐蚀速率

0 引言

超低排放燃煤机组普遍设置有WGGH（水媒管式烟气换热器）。WGGH相较于传统的回转式烟气换热器，具有无烟气泄漏的优势，但WGGH烟气冷却器的管壁温度远低于烟气酸露点，易受烟气冷凝酸液的腐蚀；烟气再热器的管壁温度较高，易受酸液浓缩的腐蚀。如重庆珞璜发电厂引进日本三菱公司的WGGH在运行过程中发生了较严重的腐蚀[1]。因此WGGH在设计时，应首先考虑材料的耐腐蚀性，同时还要综合考虑换热性能以及工程经济性。

目前，国内已投用的WGGH换热管仍采用传统的碳钢、不锈钢等金属材料制造，而国外已出现新型的热喷涂搪瓷-金属复合管[2]、氟塑料管制造的WGGH。我国在WGGH新材料耐腐蚀性方面的研究还很少，亟需开展相关的数据积累和研究。

1 耐腐蚀试验

1.1 试验材料

采用了自行设计的一种浸泡腐蚀试验方法，对目前可供选择的换热管材料，包括碳钢（Q215）、耐酸钢（ND钢）、不锈钢（316L，2205，254SMO）、钛管（TA2）、搪瓷复合管以及PTFE（聚四氟乙烯氟塑料管），6大类共8个样品（见表1）在75℃烟囱冷凝液中进行168 h浸泡试验，并在75℃10% H2SO4溶液、30%H2SO4溶液（添加有HCl 3 000 mg/L，HF 20 mg/L）中进行加速腐蚀。

1.2 试验原理

试验采用失重法，即将试验样管浸泡在腐蚀溶液中，计算其在单位时间内单位面积上的失重，即其腐蚀速率V：

表1 试验管样材料及类型

式中：ΔW为试样失重；A为试样外表面积；t为试验周期。

1.3 试验装置

试验需使用的仪器有恒温水浴槽、干燥机、分析天平（精度为1 mg）、烧瓶、玻璃管、量筒等。

试验装置如图1所示。在试样管内壁注入耐酸树脂进行密封，以防止酸液腐蚀试样管的内壁。将密封好的试样放入烧瓶，在烧瓶中倒入腐蚀溶液，瓶口用塞子密封，然后将烧瓶浸入恒温水浴槽中进行浸泡腐蚀试验。

图1 耐腐蚀试验装置

腐蚀数据显示：在70℃的烟囱冷凝液（pH值为1.69）中浸泡168 h后，碳钢、ND钢发生了腐蚀，两者的腐蚀速率较为接近，分别为1.56 g/（m2·h）与1.66 g/（m2·h）。而2205双相不锈钢、钛管、316L奥氏体不锈钢、254SMO超级奥氏体不锈钢、316L搪瓷管、氟塑料管则无明显的腐蚀减重。

1.4 试验步骤

（1）取每种材料的管样各3根，制成5 cm长的标准试样管，用无水乙醇清洗去油，再用去离子水清洗、烘干、称重。

（2）在试样管内壁注入聚甲基丙烯酸甲酯树脂完全密封后，分别浸入装有烟囱冷凝液（pH值为1.69），10%H2SO4溶液（添加有HCl 3 000 mg/L，HF 20 mg/L），30%H2SO4溶液（添加有HCl 3 000 mg/L，HF 20 mg/L）的烧瓶中，放置于70℃恒温浴锅中，分别放置168 h，72 h，72 h后取出，用去离子水清洗、烘干、称重。

（3）根据浸泡前后的称重，计算试样失重ΔW。根据试样的外径和长度，计算外表面积A。最后根据式（1）计算每个试样在一定时间内的腐蚀速率V。

2 试验结果与讨论

2.1 腐蚀速率

在烟囱冷凝液和不同浓度硫酸溶液中，8个样品的腐蚀试验结果见表2，由表2得到的8种材质腐蚀速率见图2。

图2 8种材质的腐蚀速率

在70℃，10%H2SO4溶液中（添加HCl 3000 mg/L，HF 20 mg/L）浸泡72 h后，碳钢、ND钢发生了显著腐蚀，但ND钢的腐蚀速率明显低于碳钢。2205双相钢以及钛管也有一定的腐蚀失重。316L、氟塑料管、316L搪瓷管、254SMO均无明显的腐蚀减重。

表2 8个样品的腐蚀速率g/（m2·h）

在70℃，30%H2SO4溶液中（添加HCl 3 000 mg/L，HF 20 mg/L）浸泡72 h后，碳钢、ND钢发生了显著腐蚀，但ND钢比碳钢腐蚀速率仍低于碳钢。2205双相钢以及钛管的腐蚀速率增加至30～40 g/（m2·h）。316L、搪瓷管、254SMO、氟塑料管仍然没有明显的腐蚀减重。

2.2 腐蚀形貌

选取经过30%H2SO4溶液腐蚀后的试验样品，使用扫描电子显微镜观察表面腐蚀形貌（见图3），并用能谱仪对腐蚀产物的成分进行分析。扫描电镜及能谱分析结果显示：

（1）ND钢在30%硫酸溶液中表面生成了一层富Cu、富Sb的钝化层，对金属基体有保护作用，降低了腐蚀速率。

（2）双相不锈钢2205含有铁素体及奥氏体，其中的铁素体在30%硫酸溶液中发生了优先溶解。

图3 30%H2SO4溶液腐蚀后的试样表面形貌

（3）316L与254SMO等奥氏体不锈钢经30%硫酸溶液腐蚀后的表面富含Cr，Ni，Mo元素，使其具有很好的耐腐蚀性。254SMO表面的Cr，Ni，Mo元素的含量比316L更高，因而具有更好的耐腐蚀性。

（4）钛管在高浓度硫酸溶液中耐腐性不佳，这是钛（TA2）在酸性较大的高温环境中二氧化钛膜遭到了破坏，加速了金属内部的腐蚀[3]。

（5）如图3（f）所示，搪瓷层含有大量微孔且具有脆性，在腐蚀及热应力作用下易发生剥落，造成金属基体的局部腐蚀。PTFE截面致密无气孔。

3 结论

（1）ND钢在高浓度硫酸中表面生产了富Cu与Sb的保护层，耐腐蚀性优于碳钢，但在低浓度硫酸中其耐腐蚀性能与碳钢相比无明显优势。

（2）钛管以及2205双相不锈钢在烟囱冷凝液中的腐蚀速率很低，但在高浓度硫酸溶液中的腐蚀速率明显升高。

（3）在被测试的金属材料中，254SMO具有最好的耐腐蚀性，在70℃的烟囱冷凝液（pH值为1.69），10%H2SO4溶液（添加有HCl 3 000 mg/L，HF 20 mg/L），30%H2SO4溶液（添加有HCl 3 000 mg/L，HF 20 mg/L）中浸泡，254SMO的腐蚀速率仅为0 g/（m2·h），0.58 g/（m2·h），0.72 g/（m2·h）。

（4）搪瓷管在各种浓度的硫酸溶液中的腐蚀速率均较低，但其搪瓷层含有大量微孔且具有脆性，易发生开裂造成金属基体的局部腐蚀。

（5）PTFE在各种浓度硫酸溶液中的腐蚀速率都为0 g/（m2·h），具有优异的耐腐蚀性。

[1]顾咸志.湿法烟气脱硫装置烟气换热器的腐蚀及预防[J].中国电力，2006，39（2）∶86-91.

[2]何立波，陈恩鉴，林伯川.搪瓷热管的耐腐蚀实验研究[J].玻璃与搪瓷，2002，30（3）∶29-31.

[3]李双龙，李润平.火电厂烟囱内壁耐腐蚀金属材料的选择[J].热力发电，2011，40（7）∶28-31.

（本文编辑：陆莹）

Evaluation on Material Anti-corrosion Performance of Water Medium Heat Pipe Gas Gas Heater

BAO Ting
（Zhejiang Energy Group Research and Development，Hangzhou 310003,China）

Water medium heat pipe gas gas heater（WGGH）heat exchanger faces acid dew corrosion in operation.Therefore，the material of heat exchange tube must be corrosion resistant.The corrosive environment of WGGH is simulated and corrosion resistances of eight material candidates are compared by using self-designed soak test.Besides，surface topography of the material after corrosion is investigated by means of scanning electron microscopy.The result shows that anti-corrosion performance of ND steel is superior to that of carbon steel in high-concentration sulphuric acid；the corrosion rates of stainless steel 254SMO are all lower in sulphuric acid solutions with different concentrations;polytetrafluoroethylene（PTFE）plastic is of favorable anti-corrosion performance.

WGGH；material；acid dew corrosion；corrosion rate

TG113.23+.1

：B

：1007-1881（2014）11-0052-03

2014-09-11

鲍听（1983－），男，浙江富阳人，助理工程师，从事发电厂材料失效分析工作。