脫硫鎳合金閥門

1 之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應(yīng)用，現(xiàn)在介紹脫硫鎳合金閥門概述
脫硫鎳合金閥門我國火電廠的煙氣脫硫（fluegasdesulfuriza2tion—FGD）方法基本上是以石灰石/石膏濕法為主，世界約有90%的電廠采用這種方法。在濕法脫硫裝置中，大量使用各種不同規(guī)格和種類的閥門，其中主要是蝶閥。因此，開發(fā)針對該系統(tǒng)應(yīng)用的蝶閥，正確選擇閥門的材料和結(jié)構(gòu)形式，提高閥門的密封性能，解決閥門的腐蝕和磨損問題，延長閥門的使用壽命，降低制造成本，就成了保證FGD裝置安全運行的關(guān)鍵。
2 脫硫鎳合金閥門工況條件
FGD系統(tǒng)中，處理的介質(zhì)主要是生石灰、石灰石粉、石灰石漿液、石膏漿液、石膏粉和含粉塵的SO2煙氣。這些介質(zhì)中含有不溶解或部分溶解的固體顆粒，閥門的密封部件接觸高速流動的介質(zhì)，不但會發(fā)生磨損，還伴隨著腐蝕的發(fā)生。在這種條件下，閥門的工作壽命與諸多因素有關(guān)，如流速、壓差、溫度、含固量、顆粒大小、硬度以及操作的頻繁程度等等。
石灰石和石膏的莫式（Mohn’sscale）硬度在2～3之間，生石灰的莫氏硬度在2～4之間。一般認為，莫氏硬度≥6.0的物質(zhì)對閥門和管道具有較強的磨損作用，石灰石漿液和石膏屬于具有中度磨損作用的介質(zhì)。

3 腐蝕
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調(diào)式減壓閥,自力式減壓閥根據(jù)對各種腐蝕失效情況的分析，以及在已有的FGD設(shè)備中進行的現(xiàn)場試驗證明，F(xiàn)GD裝置的使用壽命主要取決于裝置所選用材料的耐腐蝕性能，點腐蝕和縫隙腐蝕是常發(fā)生的腐蝕。如果閥門和蝶板全部采用襯膠結(jié)構(gòu)，就不存在點腐蝕問題。但是，對于口徑大于DN600的蝶閥而言，蝶板依靠包覆橡膠或尼龍來抵御點腐蝕，在制造技術(shù)上比較麻煩，包覆層一旦脫落，會產(chǎn)生嚴重事故。大型電廠是連續(xù)運行的，要求脫硫裝置也能夠不間斷連續(xù)運行。因此，在FGD系統(tǒng)中，大口徑蝶閥的蝶板必須用特殊合金制成。
FGD系統(tǒng)中，在吸收塔中相遇的介質(zhì)—煙氣和吸收漿液是產(chǎn)生一系列腐蝕問題的根本原因，其中吸收漿液本身的腐蝕性不強，材料方面較容易解決，而煙氣冷凝物的腐蝕性卻特別強。煤燃燒后，其產(chǎn)物的水溶液形成酸，包括硫酸、亞硫酸、鹽酸等。煤中所含的氯化物和氟化物使腐蝕問題變得更嚴重，這些物質(zhì)也會由吸收漿液帶進系統(tǒng)中來。其中氟化物量很少，但氯化物的濃度可能會很高。由于含有酸以及氯化物的酸性水解作用，會使pH值變得很低。同時，溫度升高則會加劇裝置的腐蝕。腐蝕的類型有縫隙腐蝕、點腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂（晶間腐蝕和穿晶型腐蝕）、氣泡腐蝕和沖刷腐蝕等。

（1）縫隙腐蝕腐蝕以裂縫的形式出現(xiàn)（圖1），發(fā)生在因氧氣供應(yīng)不足致使鈍化膜破壞的部位。在縫隙中的電解質(zhì)由于擴散遲緩而比在縫隙外面的電解質(zhì)更缺氧。另外，陽極的氯化物會發(fā)生水解作用，使縫隙里的液體大多呈酸性。加上放熱反應(yīng)促使局部蒸發(fā)，使縫隙里的電解質(zhì)濃度越來越高。材料的縫隙腐蝕主要取決于介質(zhì)的溫度、濃度和通風(fēng)條件。它可能出現(xiàn)在材料中，也可能出現(xiàn)在不同的材料之間，至少其中有一種材料是金屬，比如圖1中的塑料墊圈部位或附著沉積物的金屬表面。防止發(fā)生此類腐蝕的方法是更換材料，在合金中提高Cr、Mo元素含量，尤其是Mo元素的含量。

（2）點腐蝕腐蝕在金屬或合金鈍化膜的局部發(fā)生（圖2）。如果鈍化膜再生得不夠快，也就是新的鈍化膜形成得不夠快，這種腐蝕就會加速，使腐蝕深度加深。一般在含有氯化物的水溶液中可以觀察到點腐蝕。防止發(fā)生此類腐蝕的方法是更換材料，增加合金中的Cr和Mo元素，尤其是Mo元素的含量，并稀釋強腐蝕液及強化鈍化膜（電化學(xué)方法）。
（3）應(yīng)力腐蝕開裂在張應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)的作用下，在金屬材料中產(chǎn)生裂紋的一種腐蝕。根據(jù)材料和腐蝕介質(zhì)的不同，會出現(xiàn)穿晶間型和晶間型裂紋。對于壓力較低的FGD裝置而言，閥門承受的應(yīng)力水平很低，基本不會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。

（4）氣泡腐蝕和沖刷腐蝕由于鈍化膜和材料的表面機械應(yīng)力過高產(chǎn)生的一種腐蝕。在氣泡腐蝕中（圖3），氣泡爆裂是造成鈍化膜破裂的主要原因。而在沖刷腐蝕中（圖4），高流速和介質(zhì)中夾帶的固體粒子是主要原因。防止發(fā)生此類腐蝕的方法是提高抗機械應(yīng)力和耐腐蝕能力，降低流速，防止出現(xiàn)湍流。

在防止縫隙腐蝕和點腐蝕的措施中，都提及更換合金材料，其中提高Cr和Mo的含量是重要的一項措施。合金元素對鎳合金及奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和超級不銹鋼材料的影響，由于鋼的化學(xué)成分不同，使用條件的變化，其結(jié)果差異較大。

4 各種元素在合金中的作用
（1）CC是強烈形成并穩(wěn)定奧氏體、擴大奧氏體區(qū)的元素。C形成奧氏體的能力約為Ni的30倍，C是一種間隙元素，通過固溶強化可以顯著提高奧氏體不銹鋼的強度，還可以提高在高濃度氯化物溶液中的耐應(yīng)力腐蝕的能力。但是，在奧氏體不銹鋼中，C常常被視做有害元素。這主要是由于在耐腐蝕用途中的一些條件下（比如焊接或450～850℃加熱），C可與鋼中的Cr形成高Cr的
Cr23C6型碳化物，從而導(dǎo)致局部Cr的貧化，使鋼的耐蝕性特別是耐晶間腐蝕性能下降，所以一些新鋼種的C含量一般控制在0.02%以下。隨著C含量的降低，鋼的晶間腐蝕敏感性降低，當C含量低于0.02%才有明顯的效果。一些試驗指出，C還會增大點腐蝕傾向。由于C的有害作用，不僅在奧氏體不銹鋼及鎳基合金冶煉過程中應(yīng)該要求控制盡量低的C含量，在隨后的熱和冷加工及熱處理等過程中也要防止表面的增C，以及表面Cr的碳化物的析出。
（2）CrCr是奧氏體不銹鋼中非常重要的合金元素，奧氏體不銹鋼的不銹性和耐蝕性，主要是在介質(zhì)作用下Cr促進了鋼的鈍化并使鋼保持穩(wěn)定鈍態(tài)的結(jié)果。在奧氏體不銹鋼中，隨著Cr的增加，一些金屬間相（如σ相）的形成傾向增大。當鋼中含有Mo時，Cr含量的增加還會促進另外一些金屬間相的形成，這些相的析出顯著降低鋼的韌性及塑性，在一些條件下還降低鋼的耐蝕性。Cr是強碳化物形成元素，碳化物的形成會對鋼的性能產(chǎn)生重要影響。Cr對奧氏體不銹鋼影響大的是耐蝕性，主要表現(xiàn)為提高鋼的耐氧化性介質(zhì)和酸性氯化物介質(zhì)的性能，在Ni及Mo和Cu的復(fù)合作用下，提高鋼耐一些還原性介質(zhì)（如有機酸、尿素和堿介質(zhì)）腐蝕的性能，還提高耐局部腐蝕如晶間腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕以及一些條件下應(yīng)力腐蝕的性能。Cr可以增大C的溶解而降低Cr的貧化度，有利于耐晶間腐蝕。另外，還可以顯著提高鋼種抗氧化、抗硫化和抗融鹽腐蝕等的性能。
（3）NiNi是奧氏體不銹鋼中的主要合金元素，其主要作用是形成并穩(wěn)定奧氏體，使鋼獲得*奧氏體組織，從而使鋼具有良好的強度、塑性和韌性的配合，并具有良好的冷熱加工性能以及焊接、低溫和無磁等性能，提高鋼種熱力學(xué)穩(wěn)定性。由于表面膜穩(wěn)定性的提高，使鋼還具有更加優(yōu)異的耐一些還原介質(zhì)的性能。
（4）MoMo的主要作用是提高鋼在還原性介質(zhì)中（如硫酸，磷酸及一些有機酸和尿素環(huán)境）的耐蝕性，并提高鋼的耐點蝕及縫隙腐蝕等性能，Mo的耐點腐蝕和耐縫隙腐蝕能力相當于Cr的3倍。實驗指出，Mo只有在鋼中Cr含量較高時才有效。
（5）NN早期主要是用于奧氏體不銹鋼中節(jié)Ni。近年來，N也成為一種重要的合金成分。N的作用除替代部分Ni以節(jié)約貴重元素Ni外，主要是作為固溶強化元素提高奧氏體不銹鋼的強度，但并不顯著損害鋼的塑性和韌性。同時，N提高鋼的耐腐蝕性能，特別是耐局部腐蝕，比如耐晶間腐蝕、點腐蝕和縫隙腐蝕等。現(xiàn)在N含量達到0.8%～1.0%水平的高氮奧氏體不銹鋼已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)，并得到實際應(yīng)用。
（6）CuCu作為合金元素的作用是顯著降低CrNi奧氏體不銹鋼的冷作傾向，提高冷加工成型性能。與Mo相配合，進一步提高含Mo不銹鋼在還原性介質(zhì)中的耐蝕性，*。其機理是Cu的加入加速了不銹鋼中Mo的溶解，形成鉬酸根，強烈促使不銹鋼中Cr的鈍化及Cr向表面膜中富集，從而提高耐蝕性。如在硫酸或磷酸環(huán)境，在濕法脫硫系統(tǒng)環(huán)境下，pH=6.4～4.5氯離子濃度在5%以下，溫度在70～80℃的還原性介質(zhì)條件下，904L（00Cr20Ni25Mo4Cu）可以應(yīng)用的很好。
（7）SiSi是強烈形成鐵素體元素，Si對奧氏體不銹鋼性能的重要影響主要表現(xiàn)在耐蝕性上，Si含量越低，耐固溶態(tài)晶間腐蝕性能越好。但是目前的冶煉技術(shù)對Si含量的低值控制（如Si<0.001%），很難達到。當Si含量在0.8%～1.0%時，鋼的固溶態(tài)晶間腐蝕傾向達到大。Si含量的提高可以改善鋼種在濃硫酸環(huán)境中的耐蝕性，但是沒有商業(yè)使用價值。
（8）MnMn元素對合金組織結(jié)構(gòu)沒有太大的影響。少量的Mn可以節(jié)Ni。Mn容易和S形成MnS，這樣會導(dǎo)致CrNi氏體不銹鋼耐氯化物點腐蝕和縫隙腐蝕能力的下降。
（9）Ti/Nb奧氏體不銹鋼中的Ti和Nb，主要是作為穩(wěn)定化元素加入，以防止敏化態(tài)晶間腐蝕的發(fā)生（機理是Ti/Nb和C結(jié)合，減少C和Cr的結(jié)合幾率）。Ti/Nb是促鐵素體元素，增加強度，降低韌性和塑性。發(fā)展超低C是解決方法。
（10）SS降低鋼材的熱塑性。S含量高，易生成MnS，MnS易溶于酸性氯化物溶液（如濕法脫硫環(huán)境），成為腐蝕源，導(dǎo)致耐點腐蝕和縫隙腐蝕性能降低。S含量越低越好。
（11）PP是一種有害元素。P含量高時會沿晶界偏析析出，增強了晶間腐蝕敏感性（如尿素級不銹鋼的含P量要求極低）。
（12）WW元素在奧氏體不銹鋼中很少使用。在一些高等級Ni-Cr-Mo合金中添加，對于合金的耐點腐蝕和縫隙腐蝕作用明顯，其作用類似于Mo，相當于Cr的1.5倍多，是一種有益元素。
（13）稀土元素早期加入稀土元素（如B、V等）只是為了提高含Mo和Cu的高鉻鎳不銹鋼的熱塑性。后來發(fā)現(xiàn)，稀土元素可以改善鋼中的耐腐蝕性能，其機理主要是稀土元素有明顯的脫S作用，隨著鋼中稀土的含量增加，S含量降低。
鎳合金詳細介紹： LC-Ni99(2.4068)
鎳合金 鎳合金  鎳具有良好的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，添加適宜的元素可提高它的抗氧化性、耐蝕性、高溫強度和改善某些物理性  能。

 ■高鎳合金可應(yīng)用于以下行業(yè)：
  1．熱處理工業(yè)。如爐輥、鐘式爐及退火爐等。   
2. 煅燒爐。如用其來煅燒生產(chǎn)高性能剛玉，煅燒鉻鐵礦，以生產(chǎn)  鉻鐵合金，回收在石油化工中用作催化劑的鎳。   
3．化工和石油化工，用其制備新的蒸汽裂化粗汽油爐，以生產(chǎn)  氫等。   
4．自動化裝置。如催化支撐系統(tǒng)，火花塞。  
 5．核工業(yè)用清洗設(shè)備，如核廢料清除。   
6．鋼鐵  工業(yè)。如直接還原鐵礦石工藝，生產(chǎn)海綿鈦。 
■鎳合金在汽車行業(yè)中的應(yīng)用 
   1、閥門密封件。具有抗氧化、耐高溫和抗硫化作用的優(yōu)良性能。  
 2、噴涂材料。

5 FGD介質(zhì)條件下選材
閥門與介質(zhì)接觸部分如蝶閥的蝶板、球閥的閥體、球體和閥桿等的金屬材料必須具有耐點蝕能力。金屬材料的抗點蝕能力一般用抗點蝕當量數(shù)PREN（PittingResistanceEquivalentNumber）表示（表1）。計算PREN有幾種不同的經(jīng)驗公式，耐蝕不銹鋼常用的公式是
PREN=Cr%+313×Mo%+16×N%（如含W，也要計算在內(nèi)，為115×W%）
①PREN是對*退火不銹鋼的臨界點蝕溫度和平衡組成的函數(shù)關(guān)系作統(tǒng)計回歸得到的，Cr、Mo和N不是真正獨立的變量，也不能相互代替，PREN值可用于為不同鋼的耐蝕性分級，但2或更小的差別不應(yīng)看作是顯著的區(qū)別。
②合金926是蒂森克虜伯（ThyssenKrupp）VDM公司開發(fā)的一種超級奧氏體不銹鋼。
③括號外的鋼牌號除SAF2205、SAF2207為瑞典開發(fā)的雙相不銹鋼和超級雙相不銹鋼種以外，其余的均為美國ASTM牌號。
根據(jù)早期國外某些國家燃煤電廠的運行經(jīng)驗，在脫硫裝置中，幾乎全部是采用316LN（1.4429）、317LN（1.4439）以及904L（1.4539），這些合金即使在脫硫系統(tǒng)正常的使用條件下也會發(fā)生腐蝕。由于工作條件日趨苛刻，這類合金如今已很少在FGD中應(yīng)用。

雙相不銹鋼是指奧氏體+鐵素體兩相均獨立存在的結(jié)構(gòu)鋼，Mo含量至少占25%～30%，是歐州國家開發(fā)的合金，其性能也相當優(yōu)良，價格比HasloyC便宜。由于雙相鋼中兩相均具有適宜的比例，它兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特性，相對于一般的奧氏體不銹鋼來說，雙相鋼對于局部腐蝕，特別是應(yīng)力腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕和腐蝕疲勞等比較有效。從耐點蝕當量來看，雙相鋼SAF2205/SAF2507比904L好。價格相對于一些超級奧氏體不銹鋼（通常把耐點蝕當量高于40的奧氏體不銹鋼，稱為超級奧氏體不銹鋼），如904L和926等便宜很多。目前，雙相不銹鋼獲得了大量的應(yīng)用。
在煙氣吸收塔腐蝕負荷較弱的區(qū)域，或中等強度負荷區(qū)，越來越被廣泛采用的合金材料是Cronifer1925hMo-926合金（1.4529）和Nicrofer3127hMo-31合金（1.4562）。這些不銹鋼除Ni含量高以外，其中含有的Mo和Cr，在與Ni的共同作用下，保證了這些材料具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，在蝶閥的蝶板和閥桿上使用效果*（表2）。

6 結(jié)語
煙氣脫硫可以控制火電廠和燃煤設(shè)備二氧化硫的排量，防止環(huán)境污染。正確選擇煙氣脫硫裝置材料，能提高其耐磨損和耐腐蝕性能，保證裝置安全運行。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：200X先導(dǎo)隔膜式水用減壓閥安裝要求