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用，現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格和種類的閥門，其中主要是蝶閥。因此，開發針對該系統應用的蝶閥，正確選擇閥門的材料和結構形式，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裝置安全運行的關鍵。
2 脫硫鎳合金閥門工況條件
FGD系統中，處理的介質主要是生石灰、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，不但會發生磨損，還伴隨著腐蝕的發生。在這種條件下，閥門的工作壽命與諸多因素有關，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。

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,可調式減壓閥,自力式減壓閥根據對各種腐蝕失效情況的分析，以及在已有的FGD設備中進行的現場試驗證明，FGD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生的腐蝕。如果閥門和蝶板全部采用襯膠結構，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，在制造技術上比較麻煩，包覆層一旦脫落，會產生嚴重事故。大型電廠是連續運行的，要求脫硫裝置也能夠不間斷連續運行。因此，在FGD系統中，大口徑蝶閥的蝶板必須用特殊合金制成。
FGD系統中，在吸收塔中相遇的介質—煙氣和吸收漿液是產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，這些物質也會由吸收漿液帶進系統中來。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（圖1），發生在因氧氣供應不足致使鈍化膜破壞的部位。在縫隙中的電解質由于擴散遲緩而比在縫隙外面的電解質更缺氧。另外，陽極的氯化物會發生水解作用，使縫隙里的液體大多呈酸性。加上放熱反應促使局部蒸發，使縫隙里的電解質濃度越來越高。材料的縫隙腐蝕主要取決于介質的溫度、濃度和通風條件。它可能出現在材料中，也可能出現在不同的材料之間，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（電化學方法）。
（3）應力腐蝕開裂在張應力和特定腐蝕介質的作用下，在金屬材料中產生裂紋的一種腐蝕。根據材料和腐蝕介質的不同，會出現穿晶間型和晶間型裂紋。對于壓力較低的FGD裝置而言，閥門承受的應力水平很低，基本不會產生應力腐蝕。

（4）氣泡腐蝕和沖刷腐蝕由于鈍化膜和材料的表面機械應力過高產生的一種腐蝕。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），高流速和介質中夾帶的固體粒子是主要原因。防止發生此類腐蝕的方法是提高抗機械應力和耐腐蝕能力，降低流速，防止出現湍流。

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，由于鋼的化學成分不同，使用條件的變化，其結果差異較大。

4 各種元素在合金中的作用
（1）CC是強烈形成并穩定奧氏體、擴大奧氏體區的元素。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，主要是在介質作用下Cr促進了鋼的鈍化并使鋼保持穩定鈍態的結果。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，主要表現為提高鋼的耐氧化性介質和酸性氯化物介質的性能，在Ni及Mo和Cu的復合作用下，提高鋼耐一些還原性介質（如有機酸、尿素和堿介質）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，提高鋼種熱力學穩定性。由于表面膜穩定性的提高，使鋼還具有更加優異的耐一些還原介質的性能。
（4）MoMo的主要作用是提高鋼在還原性介質中（如硫酸，磷酸及一些有機酸和尿素環境）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。現在N含量達到0.8%～1.0%水平的高氮奧氏體不銹鋼已經工業化生產，并得到實際應用。
（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。如在硫酸或磷酸環境，在濕法脫硫系統環境下，pH=6.4～4.5氯離子濃度在5%以下，溫度在70～80℃的還原性介質條件下，904L（00Cr20Ni25Mo4Cu）可以應用的很好。
（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在耐蝕性上，Si含量越低，耐固溶態晶間腐蝕性能越好。但是目前的冶煉技術對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境中的耐蝕性，但是沒有商業使用價值。
（8）MnMn元素對合金組織結構沒有太大的影響。少量的Mn可以節Ni。Mn容易和S形成MnS，這樣會導致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，主要是作為穩定化元素加入，以防止敏化態晶間腐蝕的發生（機理是Ti/Nb和C結合，減少C和Cr的結合幾率）。Ti/Nb是促鐵素體元素，增加強度，降低韌性和塑性。發展超低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（如濕法脫硫環境），成為腐蝕源，導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。后來發現，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、物理和化學性能，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。

 ■高鎳合金可應用于以下行業：
  1．熱處理工業。如爐輥、鐘式爐及退火爐等。   
2. 煅燒爐。如用其來煅燒生產高性能剛玉，煅燒鉻鐵礦，以生產  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  氫等。   
4．自動化裝置。如催化支撐系統，火花塞。  
 5．核工業用清洗設備，如核廢料清除。   
6．鋼鐵  工業。如直接還原鐵礦石工藝，生產海綿鈦。 
■鎳合金在汽車行業中的應用 
   1、閥門密封件。具有抗氧化、耐高溫和抗硫化作用的優良性能。  
 2、噴涂材料。

5 FGD介質條件下選材
閥門與介質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PREN（PittingResistanceEquivalentNumber）表示（表1）。計算PREN有幾種不同的經驗公式，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，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關系作統計回歸得到的，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或更小的差別不應看作是顯著的區別。
②合金926是蒂森克虜伯（ThyssenKrupp）VDM公司開發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。
根據早期國外某些國家燃煤電廠的運行經驗，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正常的使用條件下也會發生腐蝕。由于工作條件日趨苛刻，這類合金如今已很少在FGD中應用。

雙相不銹鋼是指奧氏體+鐵素體兩相均獨立存在的結構鋼，Mo含量至少占25%～30%，是歐州國家開發的合金，其性能也相當優良，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用。
在煙氣吸收塔腐蝕負荷較弱的區域，或中等強度負荷區，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 結語
煙氣脫硫可以控制火電廠和燃煤設備二氧化硫的排量，防止環境污染。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。與本產品相關論文：200X先導隔膜式水用減壓閥安裝要求