露点腐蚀

2021-10-12 14:06:00 作者：工业小南点来源：工业小南点分享至：

第五章

几种特殊环境下的腐蚀

Vol.5.3.1

露点腐蚀定义

露点（Dew point），又称露点温度（Dew point temperature）；露点腐蚀是指饱和蒸汽因冷却而凝结成液体对材料造成的腐蚀。关于露点或露点温度的定义较多，综合起来有气象和化学两种解释。

在气象学中是指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，空气中所含的气态水达到饱和而凝结成液态水所需要降至的温度。在该温度下，凝结的水飘浮在空中称为雾、而沾在固体表面上时则称为露，因而得名露点。一般把0℃以上称为“露点”，把0℃以下称为“霜点”。霜点温度下，因水分变为固体，而几乎对材料没有腐蚀性。

化学中指在一个单相气体体系中，由于温度和压力的改变，系统中出现第一个液滴时的温度或压力。化工中，将不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度称为露点，相应的湿度称为饱和湿度。

在石油天然气工程中，露点指在温度一定的情况下，开始从气相中分离出第一批液滴的压力，或在压力一定的情况下，开始从气相中分离出第一批液滴的温度。根据GB 50251[1]，烃露点（hydrocarbon dew point）为气体在一定压力下析出第一滴液态烃时的温度。酸露点温度可用酸露点仪直接铡定，也可用经验公式和图表进行计算。

露点腐蚀按照冷凝液的不同种类可以分为硫酸露点腐蚀、盐酸露点腐蚀、硝酸露点腐蚀、以及水露点腐蚀等。其中硫酸和盐酸露点腐蚀造成的危害在现代工业中相当严重，这些酸性的气体排放到大气中又成为一大社会公害。

硫酸露点腐蚀是露点腐蚀中最常见的一种，是指在电力、冶金、石油石化等工业领域，在采用高硫燃料（重油、煤等）的锅炉，或硫磺回收装置中的换热器等的设备上，因介质中的SO2有一部分氧化成SO3，SO3可和介质中的水蒸气结合成H2SO4蒸气，在低温（100～160℃）部位，如引风机挡板、冷却器、省煤器、集尘器、空气预热器、烟道和烟囱等处结露成H2SO4液体，对设备造成腐蚀。因SO2对露点温度的影响很小，在相当大的浓度范围内，露点的波动不超过1K[2], 一般情况下可以忽略，所以主要是SO3含量对露点温度影响。这种在露点温度下形成H2SO4而造成设备腐蚀的现象，称之为“硫酸露点腐蚀”。

炼油行业常减压蒸馏装置、加氢装置及其冷凝循环系统的HC1-H2S-H2O露点腐蚀，是由于蒸馏塔顶的温度较高，油气被冷凝时，油气中的HCl首先被冷凝下来，此时油气介质约有50%的HCl溶解在5%的初凝水中，初凝水中HCl质量分数约为1～2%，几乎全部HCl溶解于先凝结的20%的水中。这使露点部位初凝水中HCl的含量很高，pH值小于1，温度又相对较高，引起初凝区金属的强酸性腐蚀。

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露点腐蚀对压力容器的危害

长期以来，露点腐蚀严重影响了火力发电、冶金、炼油装置的长周期安全运行。随着节能压力的不断加大，一般企业为实施节能，在许多燃烧装置上都装备有大量空气预热器、省煤器、余热锅炉等余热回收设备。因要求排烟温度越来越低，而燃料中的硫含量又难以得到有效控制，由此，造成余热回收设备的换热面上发生强烈的低温露点腐蚀，某些换热器、管道等因严重腐蚀，几个月即发生穿孔，使整个装置不能正常运行。如某厂1996年4月新增加的2台锅炉空气预热器在运行仅1a左右的时间，因腐蚀穿孔被迫停炉更换，分析结果认为燃料硫含量高、烟气流速偏低和存在水蒸气形成硫酸露点腐蚀是空气预热器腐蚀的主要原因。某企业煤化稀硝车间的2台低压反应水冷凝器为固定管板式换热器，运行约5a后发现腐蚀严重，失效分析结果，其腐蚀原因为硫酸露点腐蚀。

为了保护设备，往往又不得不提高烟气最终排放温度，使金属表面温度高于露点温度，从而防止或减少结露产生酸腐蚀。所以，烟气酸露点腐蚀成为降低排烟温度、提高热效率的主要障碍。

在加热炉和余热回收系统中，高温烟气穿过孔隙率较高的衬里材料（例如陶瓷纤维毯、毡和模块）在低温的炉壁板上冷凝出酸性冷凝液，对金属材料和炉衬保温钉产生破坏性的腐蚀，严重时，可造成炉墙衬里脱落，炉壁板严重腐蚀减薄，甚至穿孔。

在化工、石化行业，工艺介质的冷凝过程中，介质温度不可避免的要经过露点温度，如硫磺回收装置中的硫冷器、常减压装置的塔顶冷凝系统，这些装置的换热设备往往因露点腐蚀导致传热元件腐蚀失效，造成装置非计划停车。有些还因为腐蚀穿孔，造成可燃物质泄漏，影响安全生产。

露点腐蚀还是导致不锈钢设备、过热蒸汽设备发生SCC的重要因素。如，某烯烃厂的ARGG装置投产仅4个月发现该装置能量回收系统四旋至临界流速喷嘴间烟气管道多处被点蚀穿孔，并有少量烟气和催化剂细粉漏出，腐蚀失效机理分析表明硝脆、硫酸露点腐蚀和诸多应力的存在使烟气管道产生了应力腐蚀开裂。

露点温度下形成的液珠，在高流速下，还可以对设备产生严重的冲刷腐蚀，因此，GB 50251[1]规定，进入输气管道的气体烃露点应低于最低输送环境温度等。

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露点腐蚀形貌

因冷凝的介质组分和材料的不同组合，可以产生不同的腐蚀形态。包括空气预热器、省煤器、对流段冷进料、常减压塔顶出料换热器、催化裂化再生器、硫冷器、炉壁、烟囱等的低温部位。露点腐蚀主要是电化学腐蚀，在强酸性条件下以全面腐蚀减薄为主，酸性较弱的情况下，可能诱发点蚀、应力腐蚀裂纹、氢诱导开裂等。如，某炼油厂焦化炉烧高硫渣油，对流段注水管进料温度在100℃以下，碳钢注水管因露点腐蚀穿孔，图5-23；某乙烯装置裂解炉SHS（超高压蒸汽）系统不锈钢蒸汽管道内壁露点腐蚀诱发的应力腐蚀开裂，图5-24；原油长输管道加热炉空气预热器钉头管因外壁露点腐蚀造成全面腐蚀减薄，钉头管根部焊缝发生电偶腐蚀，加速局部腐蚀减薄，图5-25；制氢转化炉不锈钢空气预热器烟气出口端酸露点腐蚀造成不锈钢板片和碳钢烟道全面腐蚀减薄穿孔，图5-26。腐蚀最严重的部位在初凝点位置，随着冷却温度降低，冷凝液酸浓度由浓到低，腐蚀速率一般也由高到低。