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露點腐蝕

2021-10-12 14:06:00 作者：工業(yè)小南點來源：工業(yè)小南點分享至：

第五章

幾種特殊環(huán)境下的腐蝕

Vol.5.3.1

露點腐蝕定義

露點（Dew point），又稱露點溫度（Dew point temperature）；露點腐蝕是指飽和蒸汽因冷卻而凝結(jié)成液體對材料造成的腐蝕。關(guān)于露點或露點溫度的定義較多，綜合起來有氣象和化學(xué)兩種解釋。

在氣象學(xué)中是指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，空氣中所含的氣態(tài)水達到飽和而凝結(jié)成液態(tài)水所需要降至的溫度。在該溫度下，凝結(jié)的水飄浮在空中稱為霧、而沾在固體表面上時則稱為露，因而得名露點。一般把0℃以上稱為“露點”，把0℃以下稱為“霜點”。霜點溫度下，因水分變?yōu)楣腆w，而幾乎對材料沒有腐蝕性。

化學(xué)中指在一個單相氣體體系中，由于溫度和壓力的改變，系統(tǒng)中出現(xiàn)第一個液滴時的溫度或壓力。化工中，將不飽和空氣等濕冷卻到飽和狀態(tài)時的溫度稱為露點，相應(yīng)的濕度稱為飽和濕度。

在石油天然氣工程中，露點指在溫度一定的情況下，開始從氣相中分離出第一批液滴的壓力，或在壓力一定的情況下，開始從氣相中分離出第一批液滴的溫度。根據(jù)GB 50251[1]，烴露點（hydrocarbon dew point）為氣體在一定壓力下析出第一滴液態(tài)烴時的溫度。酸露點溫度可用酸露點儀直接鍘定，也可用經(jīng)驗公式和圖表進行計算。

露點腐蝕按照冷凝液的不同種類可以分為硫酸露點腐蝕、鹽酸露點腐蝕、硝酸露點腐蝕、以及水露點腐蝕等。其中硫酸和鹽酸露點腐蝕造成的危害在現(xiàn)代工業(yè)中相當(dāng)嚴重，這些酸性的氣體排放到大氣中又成為一大社會公害。

硫酸露點腐蝕是露點腐蝕中最常見的一種，是指在電力、冶金、石油石化等工業(yè)領(lǐng)域，在采用高硫燃料（重油、煤等）的鍋爐，或硫磺回收裝置中的換熱器等的設(shè)備上，因介質(zhì)中的SO2有一部分氧化成SO3，SO3可和介質(zhì)中的水蒸氣結(jié)合成H2SO4蒸氣，在低溫（100～160℃）部位，如引風(fēng)機擋板、冷卻器、省煤器、集塵器、空氣預(yù)熱器、煙道和煙囪等處結(jié)露成H2SO4液體，對設(shè)備造成腐蝕。因SO2對露點溫度的影響很小，在相當(dāng)大的濃度范圍內(nèi)，露點的波動不超過1K[2], 一般情況下可以忽略，所以主要是SO3含量對露點溫度影響。這種在露點溫度下形成H2SO4而造成設(shè)備腐蝕的現(xiàn)象，稱之為“硫酸露點腐蝕”。

煉油行業(yè)常減壓蒸餾裝置、加氫裝置及其冷凝循環(huán)系統(tǒng)的HC1-H2S-H2O露點腐蝕，是由于蒸餾塔頂?shù)臏囟容^高，油氣被冷凝時，油氣中的HCl首先被冷凝下來，此時油氣介質(zhì)約有50%的HCl溶解在5%的初凝水中，初凝水中HCl質(zhì)量分數(shù)約為1～2%，幾乎全部HCl溶解于先凝結(jié)的20%的水中。這使露點部位初凝水中HCl的含量很高，pH值小于1，溫度又相對較高，引起初凝區(qū)金屬的強酸性腐蝕。

Vol.5.3.2

露點腐蝕對壓力容器的危害

長期以來，露點腐蝕嚴重影響了火力發(fā)電、冶金、煉油裝置的長周期安全運行。隨著節(jié)能壓力的不斷加大，一般企業(yè)為實施節(jié)能，在許多燃燒裝置上都裝備有大量空氣預(yù)熱器、省煤器、余熱鍋爐等余熱回收設(shè)備。因要求排煙溫度越來越低，而燃料中的硫含量又難以得到有效控制，由此，造成余熱回收設(shè)備的換熱面上發(fā)生強烈的低溫露點腐蝕，某些換熱器、管道等因嚴重腐蝕，幾個月即發(fā)生穿孔，使整個裝置不能正常運行。如某廠1996年4月新增加的2臺鍋爐空氣預(yù)熱器在運行僅1a左右的時間，因腐蝕穿孔被迫停爐更換，分析結(jié)果認為燃料硫含量高、煙氣流速偏低和存在水蒸氣形成硫酸露點腐蝕是空氣預(yù)熱器腐蝕的主要原因。某企業(yè)煤化稀硝車間的2臺低壓反應(yīng)水冷凝器為固定管板式換熱器，運行約5a后發(fā)現(xiàn)腐蝕嚴重，失效分析結(jié)果，其腐蝕原因為硫酸露點腐蝕。

為了保護設(shè)備，往往又不得不提高煙氣最終排放溫度，使金屬表面溫度高于露點溫度，從而防止或減少結(jié)露產(chǎn)生酸腐蝕。所以，煙氣酸露點腐蝕成為降低排煙溫度、提高熱效率的主要障礙。

在加熱爐和余熱回收系統(tǒng)中，高溫?zé)煔獯┻^孔隙率較高的襯里材料（例如陶瓷纖維毯、氈和模塊）在低溫的爐壁板上冷凝出酸性冷凝液，對金屬材料和爐襯保溫釘產(chǎn)生破壞性的腐蝕，嚴重時，可造成爐墻襯里脫落，爐壁板嚴重腐蝕減薄，甚至穿孔。

在化工、石化行業(yè)，工藝介質(zhì)的冷凝過程中，介質(zhì)溫度不可避免的要經(jīng)過露點溫度，如硫磺回收裝置中的硫冷器、常減壓裝置的塔頂冷凝系統(tǒng)，這些裝置的換熱設(shè)備往往因露點腐蝕導(dǎo)致傳熱元件腐蝕失效，造成裝置非計劃停車。有些還因為腐蝕穿孔，造成可燃物質(zhì)泄漏，影響安全生產(chǎn)。

露點腐蝕還是導(dǎo)致不銹鋼設(shè)備、過熱蒸汽設(shè)備發(fā)生SCC的重要因素。如，某烯烴廠的ARGG裝置投產(chǎn)僅4個月發(fā)現(xiàn)該裝置能量回收系統(tǒng)四旋至臨界流速噴嘴間煙氣管道多處被點蝕穿孔，并有少量煙氣和催化劑細粉漏出，腐蝕失效機理分析表明硝脆、硫酸露點腐蝕和諸多應(yīng)力的存在使煙氣管道產(chǎn)生了應(yīng)力腐蝕開裂。

露點溫度下形成的液珠，在高流速下，還可以對設(shè)備產(chǎn)生嚴重的沖刷腐蝕，因此，GB 50251[1]規(guī)定，進入輸氣管道的氣體烴露點應(yīng)低于最低輸送環(huán)境溫度等。

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露點腐蝕形貌

因冷凝的介質(zhì)組分和材料的不同組合，可以產(chǎn)生不同的腐蝕形態(tài)。包括空氣預(yù)熱器、省煤器、對流段冷進料、常減壓塔頂出料換熱器、催化裂化再生器、硫冷器、爐壁、煙囪等的低溫部位。露點腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，在強酸性條件下以全面腐蝕減薄為主，酸性較弱的情況下，可能誘發(fā)點蝕、應(yīng)力腐蝕裂紋、氫誘導(dǎo)開裂等。如，某煉油廠焦化爐燒高硫渣油，對流段注水管進料溫度在100℃以下，碳鋼注水管因露點腐蝕穿孔，圖5-23；某乙烯裝置裂解爐SHS（超高壓蒸汽）系統(tǒng)不銹鋼蒸汽管道內(nèi)壁露點腐蝕誘發(fā)的應(yīng)力腐蝕開裂，圖5-24；原油長輸管道加熱爐空氣預(yù)熱器釘頭管因外壁露點腐蝕造成全面腐蝕減薄，釘頭管根部焊縫發(fā)生電偶腐蝕，加速局部腐蝕減薄，圖5-25；制氫轉(zhuǎn)化爐不銹鋼空氣預(yù)熱器煙氣出口端酸露點腐蝕造成不銹鋼板片和碳鋼煙道全面腐蝕減薄穿孔，圖5-26。腐蝕最嚴重的部位在初凝點位置，隨著冷卻溫度降低，冷凝液酸濃度由濃到低，腐蝕速率一般也由高到低。