浅谈煤气化装置损伤机理

2021-07-12米玛旺堆旦增罗杰扎西向秋

装备维修技术 2021年47期

米玛旺堆旦增罗杰扎西向秋

摘要：现代煤化工是以煤气化为龙头，以一碳化工技术为基础，合成、制取各种化工产品和燃料油的煤炭洁净利用技术，在环保、煤种适应性和煤利用效率等方面更具优势，其产品附加值高，市场潜力大，具有较强的成本优势。本文就煤气化装置常见的损伤机理进行简单的论述。

关键词：开裂;容器;煤气化

前言：煤炭气化是在一定温度、压力条件下，用气化剂将煤中的有机物转化为煤气的过程。典型的煤气化技术有常压固定床气化技术、碎煤固定床加压气化技术、流化床气化技术、气流床煤气化技术等。煤气化装置具有连续运转周期短，设备磨损严重，维修频繁，维修工作量大等特点，故检验人员在日常检验中需重点检查具备腐蚀开裂机理的部位。以下就常见的开裂问题加以论述。

1.复合板或堆焊层开裂问题

复合板和堆焊层的作用：隔离介质与基材直接接触，避免腐蚀，降低设备成本。通常情况，在制造碳钢或低合金钢厚壁容器过程中为消除的残余应力，都会按相关标准要求进行焊后热处理（壁厚一般大于38mm），但对于复合板材料尤其是奥氏体不锈钢的堆焊层和衬里，在450～850℃的温度范围内进行热处理将会导致材料发生敏化，降低材料抵抗腐蚀的性能。

1.2敏化

敏化是指奥氏体不锈钢含碳量较高，属于非稳定态（即不含钛或铌等稳定化元素），室温时碳在奥氏体中的溶解度很小，约为0.02%～0.03%，远低于不锈钢的实际含碳量，故过饱和的碳被固溶在奥氏体中，当温度超过425℃并在425～815℃范围内停留一段时间时，过饱和的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬元素化合，在晶间形成碳化铬的化合物，如Cr23C6等。铬在晶粒内扩散速度比沿晶界扩散的速度小，内部的铬来不及向晶界扩散，在晶间形成的碳化铬所需的铬主要来自晶界附近，结果就使晶界附近的含铬量大幅减少。当晶界的铬质量分数低到小于12%时，就形成所谓的“贫铬区”，贫Cr区和晶粒本身存在电化学性能差异，使贫Cr区（阳极）和处于钝化态的基体（阴极）之间建立起一个具有很大电位差的活化——钝化电池。贫Cr区的小阳极和基体的大阴极构成腐蚀电池，在腐蚀介质作用下，贫铬区被快速腐蚀，晶界首先遭到破坏，晶粒间结合力显著减弱，力学性能恶化，机械强度大大降低，然而变形却不明显。这种碳化物在晶界上的沉淀一般称之为敏化作用。

对于含稳定化元素的奥氏体不锈钢在其焊接接头区域经历多次加热和冷却循环，会在狭窄的特定区域内导致原本溶解在TiC或NbC中的C元素析出，并与Cr元素结合，在晶间形成碳化铬的化合物，如Cr23C6等，同样形成贫铬区，造成耐腐蚀能力下降。金属材料发生敏化后，在腐蚀介质中晶界因耐腐蚀能力较低而发生优先腐蚀;或未发生敏化的材料在特定的腐蚀介质中晶粒边界或晶界附近优先发生腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部破坏过程。发生敏化的奥氏体不锈钢非常容易发生晶间腐蚀。

1.3影响因素

（1）含碳量：含碳量越高，敏化敏感性越高，晶间碳化物析出倾向性越大，也越容易发生晶间腐蚀;

（2）合金成份：加入Ti、Nb等能形成稳定碳化物（TiC或NbC）的元素并进行稳定化处理，可降低敏化和晶间腐蚀敏感性;

（3）热处理：加热到高温进行固溶处理，然后快速冷却（如水冷）形成单一奥氏体相可避免敏化，但现场施工一般不能满足固溶热处理的要求，故一般只用于制造工厂;

（4）工艺条件：使用奥氏体不锈钢的工段将操作温度降低至425℃以下可避免敏化发生。

1.4主要预防措施

（1）选用含碳量低的奥氏体不锈钢可以彻底避免敏化的发生，如超低碳奥氏体不锈钢系列;

（2）添加一定的稳定化合金元素，如Ti、Nb等形成稳定碳化物;

（3）固溶热处理一般只应用于工厂在制的设备和管道，不推荐在施工现场进行;

（4）调整钢中奥氏体形成元素与铁素体形成元素的比例，使其具有奥氏体+铁素体双相组织，这种双相组织不易产生晶界敏化;

（5）对有晶间腐蚀倾向的铁素体不锈钢，在700～800℃进行退火。

2.疲劳容器开裂问题