Коррозия

Сульфидная коррозия в атмосфере сжигания серосодержащего газа

На хромоникелевых сталях сульфидная коррозия в атмосфере сжигания серосодержащего газа проявляется, начиная с температур на 100—150 °С ниже предела жаростойкости стали, а на сплавах на никелевой основе это явление может иметь место уже при 750 и даже при 650 °С в восстановительной атмосфере.

Локальная усиленная коррозия начинается с образования жидкого сульфида и продвижения его вдоль границ зерен, что нарушает связь между отдельными кристаллами. Последующее окисление ослабленной структуры вызывает образование наростов (язв). Это было доказано при исследовании окалины на сплаве 20Сг—80Ni, полученной в серосодержащем газе продуктов горения (7,5 г/нм3 серы) при 700—800 °С, химический состав которой (%) приведен ниже:

 

Cr

Fe

Мо

Ni

S

Оз

N4

S·100/Ni + S

Исходное состояние

17,3

4,8

0,95

76,0

0,01

0,01

0,01

_

Окалина «нароста»:

 

наружный слой

13,2

3,3

0,37

57,7

0,82

23.0

0,42

внутренний слой

7,5

76,3

9,4

2,7

10,7

 

Наличие в топочной атмосфере различных загрязнений (НСl, Н2О, пыль, известь) снижает температуру возникновения локальной сульфидной коррозии, а в случае шероховатости поверхности (наличие сварочных брызг и других механических поверхностных дефектов) язвы возникают на этих местах. Особенно сильное воздействие серосодержащих соединений наблюдается на сталях и сплавах с содержанием никеля выше 30%, но при определенных условиях локальная коррозия наблюдается на сталях и с меньшим содержанием никеля (в случаях, когда температура эксплуатации близка к пределу ее жаростойкости и др.).

По данным (23], при рабочих температурах в камерах сжигания твердого топлива газовых турбин при парциальном давлении О2 около 10-7 Па парциальное давление серосодержащих соединений достигает 10-2 Па, что уже достаточно для протекания сульфидной коррозии путем разрушения защитных пленок на металле и образования легкоплавких эвтектик. Наиболее подвержены коррозии сплавы IN 671 (50%Сг, 50% Ni) и IN 597 (Ni осн.+ 25 % Cr). Сталь типа 316 при температуре 750 °С обладает повышенной стойкостью, а при 900 °С отмечается интенсивная коррозия.


Испытания, проводимые в [24] на сплавах Инконель 600, 601, 617, инколой 800, 801, DS, НА-330, на сталях типа 304, 310, 347 и других в трех средах: I —1,5% H2S + 98,5 % Н2; II-1,5% H2S + 59 % Аr + 3% O2 + 36,5% Н2:      III - 2% H2S + 49 % СО -j- 49 % СO2 при 727 С в течение 96 ч, — показали, что интенсивность сульфидной коррозии различных сталей зависит от среды: в среде I наилучшие результаты получены на инконеле 601, 702, инколое DS, 800, стали 304. В окислительно-восстановительной среде II наибольшую стойкость имеют сплавы, содержащие не менее 20 % Cr и с высоким содержанием Fe, а также Инконель 600, 702. В среде III— Инконель 671 (52Сг—48Ni).

В [25] приведены результаты лабораторных испытаний (табл, 7.6), откуда следует, что содержание тиолов в газе 80 мг/м3 при 1000°С уже вызывает локальную (язвенную) коррозию на стали 45Х25Н20С2, а на стали 20Х25Н20С2 и сплаве ХН45Ю— при 900°С.

В печи конверсии на трубах из стали 10X23H18 при 1000 С наблюдалась локальная сульфидная коррозия при использовании природного газа с содержанием тиолов 16—20 мг/м3.

Таблица 7.6. Коррозия сталей и сплавов в серосодержащих газах за 1000 ч [13]

Содержание тиолов в газе, мr/м3

Температура,

°С

Скорость коррозии, мм/год

Содержание тиолов в газе, мг/м3

Температура,

°С

Скорость коррозии.

им/год

Сталь 20

Сталь 45Х25Н20С2

80

400

0.03

80

900

0,04

80

450

0,07

80

1000

0,35 *

80

500

0,06

80

1100

0,40*

400

450

0,11

400

1000

0,15 *

Сталь 12ХМ

Сталь Х25Н20С2

80

400

0,02

80

900

0,45 *

80

450

0,03

80

1000

0,55 *

80

500

0,05

80

1100

2,0*

400

450

0,5 *

400

1000

0,2 *

Сталь Х18Н10Т

Сплав ХН45Ю

80

600

0,003

80

900

0,45 *

80

650

0,003

80

1000

0,4 *

80

700

0,003

80

1100

0.7 *

400

650

0,008

400

1000

0,4*

• Коррозия неравномерная, с локальными очагами разрушения (язвы).


Следовательно, предельно допустимая концентрация серосодержащих соединений зависит от температуры, условий горения и применяемого материала.

Таким образом, для уменьшения сульфидной коррозии печных устройств в топочной атмосфере серосодержащего газа необходимо:

  1. Исключить присутствие в газе НСl, Н2O и других примесей.
  2. При сжигании газа обеспечить высокий избыток кислорода в продуктах горения и полное смешение газа с воздухом во всем объеме.
  3. Использовать жаростойкие и жаропрочные стали с содержанием никеля не более 30 %.
  4. Температуру печных змеевиков и других деталей поддерживать на 100 —150°С ниже предела жаростойкости используемой стали.
  5. При температуре печных деталей выше 900 °С использовать бессернистое топливо.