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: