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    電除塵器何故失效?

    發布時間:2018-03-07 18:12:37

    隨著工業生產的迅速發展,社會對環境保護的要求不斷提高。電除塵器作為一種治理大氣粉塵污染的設備,已廣泛應用于工業生產。

     

    除塵器所處的工作環境通常較為惡劣,服役一段時間后除塵效果明顯下降。某廠電除塵器中使用的極線是鋸齒線(結構如圖1所示),服役2年后電除塵器極線發生嚴重的氧化腐蝕,腐蝕產物大量剝落,極線變薄失效。據了解,該極線所處的工作環境為煤氣、CO2、O2、氧化鐵粉塵等,溫度為150℃以上。

     

    圖1 電除塵器極線結構示意圖

     

    試驗方法

     

    1

    宏觀檢查

     

    宏觀檢查發現,電除塵器極線發生嚴重的氧化腐蝕,呈深褐色和紅棕色,腐蝕產物剝落(見圖2),極線的寬度、齒高和厚度發生明顯變化。

    圖2 電除塵器極線宏觀形貌

     

    2

    材質分析

     

    電除塵器極線的化學成分分析結果表明,該極線的成分符合德國DIN標準對耐熱鋼X10CrAl7的要求(見表1)。

     

     

    表1  極線的化學成分分析結果和X10CrAl7的成分標準

     

    3腐蝕產物分析

     

    將電除塵器極線截面拋光處理后在掃描電鏡下觀察發現,極線表面存在氧化腐蝕層,厚度約為0.030mm。另外還有一條向內部擴展的裂紋,深度約為0.060mm。

     

    對級線上的腐蝕產物進行能譜分析,分析位置和結果如圖3和表2所示。能譜分析結果表明,氧化腐蝕層中存在氧、氯等氧化腐蝕性元素。

     

    元素的面掃描分析結果如圖4所示,由結果可見:裂紋中富集氧元素;緊靠基體表面主要含鉻、鐵的氧化物,相對較均勻;外面一層富集氯、鉀元素;表面存在分布不連續的含鉻、鐵氧化物(見圖4)。

     

     

    表2  電除塵器極線表面氧化腐蝕處的能譜成分分析結果

     

    圖3能譜分析位置示意圖

    (a)分析部位3;(b)分析部位4;(c)分析部位5

     

    圖4  電除塵器極線截面的元素面分布 

    (a)電子像;(b)氧元素面分布;(c)鉻元素面分布;

    (d)鐵元素面分布;(e)氯元素面分布;(f)鉀元素面分布

     

    4金相檢驗

     

    金相檢驗結果發現,電除塵器極線中的非金屬夾雜物含量為:A0,B0,C0,D2;顯微組織為奧氏體,奧氏體晶粒粗大(大于1級);極線表面存在沿奧氏體晶界向內擴展的裂紋。

     

    圖5 極線截面拋光態形貌

     

    圖6  極線截面腐蝕態形貌

     

    分析與討論

    一般來說,奧氏體晶粒在較高溫度下會長大,由于晶粒長大,晶界也變得相對較粗大。從實驗結果來看,電除塵器極線服役現場的溫度可能相當高。

     

    失效的電除塵器極線所使用的材料為X10CrAl7耐熱不銹鋼,含鉻不銹鋼的氧化是首先在金屬表面生成較致密的Fe(Fe2-x)CrxO4,然后在外層形成Fe3O4和Fe2O3。隨著氧化腐蝕層厚度的增加,腐蝕介質擴散(傳送)到金屬表面和腐蝕產物朝相反方向的擴散比較困難,引起腐蝕作用的阻滯。

     

    但是,由于電除塵器極線的氧化腐蝕產物中存在Cl元素,而Cl-會破壞腐蝕產物膜在試樣表面的覆蓋,加速活性區金屬溶解,同時釋放出氣態的氯。釋放出的氣態氯能擴散到氧勢較低的氧化膜-基體界面處,與基體反應生成易揮發的金屬氯化物。

     

    在通過氧化膜內的缺陷向外擴散的過程中,該氯化物隨氧勢的升高又重新向氧化物轉變,這種轉變會在氧化膜內產生應力,破壞氧化膜的致密性及與基體的黏附性,進一步的加速腐蝕。氯化物向氧化物轉變時釋放出的部分Cl2將重新返回到基體表面繼續參與反應,直到氯鹽被消耗盡。

     

    在此過程中,Cl2起到一種自催化作用,因而電除塵器極線外層的氧化產物遭到嚴重破壞,造成氧化皮剝落,而內層較致密的氧化膜尚未受到破壞,這時腐蝕阻滯作用降低,氧化腐蝕速度加快,結果導致電除塵器極線不斷變薄。

     

    結  論

    1.氯離子對氧化腐蝕產物造成破壞,降低腐蝕的阻滯作用,加快氧化腐蝕速度,結果導致電除塵器極線表面發生嚴重的氧化腐蝕,極線不斷變薄。

     

    2.極線材料中的奧氏體晶粒長大,晶界也相對較粗,在氧化腐蝕氣氛中容易發生開裂。

     

     

     

    措施與建議

     

     

    1.查明電除塵器現場環境中氯離子的來源,采取合適的措施排除或控制氯離子的破壞作用,延長極線的使用壽命。

     

    2.鉻鋼中的含鉻量在4~6%(質量分數,下同)時,其在空氣中的耐熱溫度高為650℃,而要耐1050~1100℃的高溫,鉻含量則需要達到27%,因此需要了解實際工況溫度,選擇合適的極線材料。

     

    3.Fe—Cr合金經預氧化處理,其表面會生成一層致密的Cr2O3氧化膜,能明顯改善抗高溫氧化性能,因此可考慮對電除塵器極線采用預氧化處理,延緩其氧化腐蝕進程。

     

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