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烟气脱硫装置中的腐蚀源主体为烟气中所含的SO2。当含硫烟气处于脱硫工况时,在强制氧化环境作用下,烟气中的SO2首先与水生成H2SO3及H2SO4,再与碱性吸收剂反应生成硫酸盐沉淀分离。而此阶段,工艺环境温度正好处于稀硫酸活化腐蚀温度状态,其腐蚀速度快,渗透能力强,故其中间产物H2SO3及H2SO4是导致设备腐蚀的主体。此外,烟气中所含NOX、吸收剂浆液中的水及水中所含的氯离子(海水法氯离子腐蚀影响更大)对金属基体也具有腐蚀能力。稀硫酸属非氧化性酸,此类酸对金属材料的腐蚀行为宏观表现为金属对氢的置换反应。从腐蚀学理论上可解释为氢去极化腐蚀过程(亦称析氢腐蚀)。

就常用材料碳钢及不锈钢而言,两种材料在稀硫酸环境中均处于活化腐蚀状态,但腐蚀机理又略有不同。碳钢在稀硫酸或其它非氧化性酸溶液中的腐蚀属于阳极极化及阴极极化混合控制过程。这是因为铁的溶解反应活化极化较大,同时氢在铁表面析出反应的过电位也较大,故两者同时对腐蚀过程起促进作用, 导致腐蚀速度加快。而不锈钢在稀硫酸中的腐蚀属于阳极极化控制过程,这是因为不锈钢在稀硫酸介质中仍能产生一定程度的钝化,金属离子必须穿透氧化膜才能进入溶液,因此阳极极化作用大于阴极极化。但在烟气脱硫中,仍有几种变化影响:一是在湿法烟气脱硫中,为保证生成物结晶效果,必须强制氧化。当介质中有富氧存在时,不锈钢表面上的钝化膜缺陷易被修复,因而腐蚀速率降低。但因同时具有固体颗粒磨损作用及介质Clˉ存在,其钝化膜易被Clˉ或固体颗粒磨损作用破坏,从而使腐蚀速率大大增加。Clˉ的破坏原因可能是由于Clˉ具有的易氧化性质导致的。Clˉ容易在氧化膜表面吸附,形成含氯离子的表面化合物,由于这种化合物晶格缺陷较多,且具有较大的溶解度,故会导致氧化膜的局部破裂。此外,吸附在电极表面的离子具有排斥电子能力,也促使金属的离子化,但阳极极化仍是主要的。

故通常的碳钢或不锈钢在此环境中均不适用。国外经多年对金属材料的筛选试验,最后将适用金属材料定位在镍基合金上,并建设了若干中、小装置。但由于镍基合金价格昂贵,大型烟气脱硫设备制做成本太高,其用材开发逐渐转到碳钢-有机非金属衬里复合材料技术路线上来,并获得了实用性成果。因此,讨论有机非金属衬里在烟气脱硫装置的腐蚀与防护问题非常必要。

鉴于化学腐蚀在腐蚀设计选材正确的前提下,是较缓慢的过程,而物理腐蚀破坏则是常见的衬里失效破坏,故本文主要讨论有机非金属衬里的物理腐蚀破坏。兼顾动态设备耐蚀材料选择。

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