碳钢在高温发烟硫酸环境中的阳极保护研究及应用.pdf

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化工机槭
201年
碳钢在高温发烟硫酸环境中的
阳极保护研究及应用
李庆华*李德超杨根柱王博
(中石化石家庄炼化分公司)
摘要研究了残钢在100~300℃、30%的发烟碗酸中外加电流阳极保护条件下的庸做行为,其在
300℃条件下腐蚀率由35.0mm/a降低至1.4mm/a,并实现了旧极保护三氧化碗蒸发器的エ业化应用
从试验涮试结果和谖备现场使用的情巩得出,在“碳钢一发烟硫酸”体系实滟阳极保护的致轨电流密度
约为1.5A/m3;维钝电流的密庭約为0.3A/m2;最住保护电位相对于Hg/Hg,S0,(他和K2S0,)电极约为
2._6V
关键词阳极保护技术碳钢发烟硫酸
中图分类号T050.91文标识码A文章编号0254-6094(2011)040408-06
阳极保护技术是由加拿大进行研究并于替304L不锈钢,同时采用阳极保护技术来防止发
1969年首次进行工业应用。其原理是通过一烟硫酸对碳钢换热管腐蚀,以提高设备的使用寿
个控削系统向被保护设备施加一定的阳极电流,命。
并自动保持设备金属材料与介质间的电极电位处
简介及分析
于钝化电位范围中的某一给定值,使设备与介质
中石化石家庄炼化分公司60k/a己内酰胺
接触的所有表面处于钝化状态,从而达到防止金装置引进的三氧化琉蒸发器工艺流程如图1所
属腐蚀的目的。虽然国内外对阳极保护技术的研示,操作工艺条件见表1。売程为30%的发烟硫
究及应用实例也比较多,但是目前该技术的工业酸,管程采用蒸汽加热,其中売体材料为碳钢,换
应用还限于在硫酸、氨水以及无机化肥水溶液等热管采用304L不锈钢材料
介质的处理设备2l。
将该台设备的管束抽检发现,导致304L不锈
中石化石家庄炼化分公司60kt/a已内酰胺钢换热管短期内腐蚀泄漏主要由管内壁孔蚀和换
装置引进的三氧化硫蒸发器的壳程为30%的发热管外表面均匀腐侠造成,孔蚀是由于蒸汽中
烟硫酸,管程采用蒸汽加热,其中壳体材料为碳C1在管内逐渐富集所致。由于发烟碗酸是强
钢,换热管采用304.不锈钢材料。该设备仅使用氧化性酸,不锈钢在此体系中表现为过钝化状态
半年就出现因304L不锈钢换热管腐蚀穿孔而造再加上壳体中流体的冲刷作用,饨化膜很快消失,
成的泄漏事故,多次检修和堵漏后又不到半年而从而导致设备在短期内损坏
报废。国内外采用阳极保护对不锈钢浓硫酸换热
笔者在146℃的21%发烟硫酸中静止状态下
设备进行防护的技术已经应用的相当成熟,但将腐蚀试样浸泡24h,测得304L不锈钢的腐蚀速
对类似碳钢制三氧化硫蒸发器在高温发烟碗酸条率为2.620ma/a;碳钢的腐蚀速率为0,550-
件下采用阳极保护技术的研究尚未见文献报道。0.592mm/a。说明在高温发烟硫酸中碳钢的耐腐
为此,笔者将该蒸发器中的换热管材料由碳钢代蚀性能优于304L等不锈钢。
*李庆华,男,1967年11月生,高级工程师。河北省石家庄市,050309
万方数据
第38卷第4期
化工机械
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三氧化硫
安全阀接口
080MPa蒸汽
III
发烟硫酸排液口
0.80MPa蒸汽
30%发烟硫酸
20%发烟硫酸
图1三氧化硫蒸发器工艺流程
表1三氧化硫蒸发器操作工艺条件
2试验方法
部位压力/MPa温度/℃
介质
主材
2.1试样
试样选用标准试样,规格尺寸为dl0mm
壳程
0.037
14530%发烟硫酸16Mnl
10mm,试样材料为10°钢,其化学成分见表2,其
管程
0.750
175
水蒸气
304L
热处理状态符合GB3087-1999《低、中压锅炉用
无缝钢管》要求。
表2试样的化学成分
%
项目
Si
Mn
P
实测值
0.080
0.200
0.4
10
0.018
0.020
0.007
0.010
0.220
标准值0.070-0.1300.170~0.3700.350~0.650≤0.035
≤0.035
∈0.030
≤0.150
≤0.250
2.2电化学试验
1一电位差计;2一一记录仪
3-一热电偶;
根据阳极保护原理,笔者设计了如图2所示4一玻管;5一聚四氟乙烯塞;6一一五口玻璃瓶;
的试验装置,测量电位的参比电极采用Hg
7ー一阴极;
8-一试样;
9-一电炉;
Hg2SO2(饱和K2S0)电极,相对于包和甘汞电极
10一盐桥;11ー一浓硫酸;12-一信号参比
电位为+407mV。作为控制电信号的参比电极选
盐桥;14一硫酸钾;
5-一测量参比
16电压表;17一恒电位仪;18一螺母;
用代号为HT-1的合金材料,辅助阴极选用代号
19导线;20一铁垫圈;21ー一四氟垫
为HT-2的合金材料,试验溶液为20%~30%发22玻璃管:23一一铁连杆;
24一四氟垫;
烟硫酸。
25一一试样
在进行阳极保护测定时,应保证溶液升温至
300℃后其蒸发后浓度保持在20%以上。当溶液
18
经蒸发后浓度低于20%时,需排除废酸重新加入
30%发烟硫酸,以模拟三氧化硫蒸发器的操作工
艺条件。在升温过程中维钝电流随温度变化的曲
线自动记录。
3试验结果及讨论
3.1阳极极化特性
413121110
试验测定了10°钢在20%~30%发烟硫酸中
室温,还有100、200、250、300℃时的阳极极化曲
图2试验装置及试样安图
线(图3),其相应的阳极极化特性参数见表3。
万方数据