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电除尘器何故失效?原来是它……

文章作者:admin发布时间:2019-11-02 16:53浏览次数:

随着工业生产的迅速发展,社会对环境保护的要求不断提高。电除尘器作为一种治理大气粉尘污染的设备,已广泛应用于工业生产。


电除尘器所处的工作环境通常较为恶劣,服役一段时间后除尘效果明显下降。某厂电除尘器中使用的极线是锯齿线(结构如图1所示),服役2年后电除尘器极线发生严重的氧化腐蚀,腐蚀产物大量剥落,极线变薄失效。据了解,该极线所处的工作环境为煤气、CO2、O2、氧化铁粉尘等,温度为150℃以上。


图1 电除尘器极线结构示意图


试验方法


1

宏观检查

宏观检查发现,电除尘器极线发生严重的氧化腐蚀,呈深褐色和红棕色,腐蚀产物剥落(见图2),极线的宽度、齿高和厚度发生明显变化。

图2 电除尘器极线宏观形貌


2

材质分析

电除尘器极线的化学成分分析结果表明,该极线的成分符合德国DIN标准对耐热钢X10CrAl7的要求(见表1)。



表1 极线的化学成分分析结果和X10CrAl7的成分标准


3腐蚀产物分析


将电除尘器极线截面抛光处理后在扫描电镜下观察发现,极线表面存在氧化腐蚀层,厚度约为0.030mm。另外还有一条向内部扩展的裂纹,深度约为0.060mm。


对级线上的腐蚀产物进行能谱分析,分析位置和结果如图3和表2所示。能谱分析结果表明,氧化腐蚀层中存在氧、氯等氧化腐蚀性元素。


元素的面扫描分析结果如图4所示,由结果可见:裂纹中富集氧元素;紧靠基体表面主要含铬、铁的氧化物,相对较均匀;外面一层富集氯、钾元素;好表面存在分布不连续的含铬、铁氧化物(见图4)。



表2 电除尘器极线表面氧化腐蚀处的能谱成分分析结果


图3能谱分析位置示意图

(a)分析部位3;(b)分析部位4;(c)分析部位5


图4电除尘器极线截面的元素面分布

(a)电子像;(b)氧元素面分布;(c)铬元素面分布;

(d)铁元素面分布;(e)氯元素面分布;(f)钾元素面分布


4金相检验


金相检验结果发现,电除尘器极线中的非金属夹杂物含量为:A0,B0,C0,D2;显微组织为奥氏体,奥氏体晶粒粗大(大于1级);极线表面存在沿奥氏体晶界向内扩展的裂纹。


图5 极线截面抛光态形貌


图6 极线截面腐蚀态形貌


分析与讨论

一般来说,奥氏体晶粒在较高温度下会长大,由于晶粒长大,晶界也变得相对较粗大。从实验结果来看,电除尘器极线服役现场的温度可能相当高。


失效的电除尘器极线所使用的材料为X10CrAl7耐热不锈钢,含铬不锈钢的氧化是首先在金属表面生成较致密的Fe(Fe2-x)CrxO4,然后在外层形成Fe3O4和Fe2O3。随着氧化腐蚀层厚度的增加,腐蚀介质扩散(传送)到金属表面和腐蚀产物朝相反方向的扩散比较困难,引起腐蚀作用的阻滞。


但是,由于电除尘器极线的氧化腐蚀产物中存在Cl元素,而Cl-会破坏腐蚀产物膜在试样表面的覆盖,加速活性区金属溶解,同时释放出气态的氯。释放出的气态氯能扩散到氧势较低的氧化膜-基体界面处,与基体反应生成易挥发的金属氯化物。


在通过氧化膜内的缺陷向外扩散的过程中,该氯化物随氧势的升高又重新向氧化物转变,这种转变会在氧化膜内产生应力,破坏氧化膜的致密性及与基体的黏附性,进一步的加速腐蚀。氯化物向氧化物转变时释放出的部分Cl2将重新返回到基体表面继续参与反应,直到氯盐被消耗尽。


在此过程中,Cl2起到一种自催化作用,因而电除尘器极线外层的氧化产物遭到严重破坏,造成氧化皮剥落,而内层较致密的氧化膜尚未受到破坏,这时腐蚀阻滞作用降低,氧化腐蚀速度加快,结果导致电除尘器极线不断变薄。


结 论

1.氯离子对氧化腐蚀产物造成破坏,降低腐蚀的阻滞作用,加快氧化腐蚀速度,结果导致电除尘器极线表面发生严重的氧化腐蚀,极线不断变薄。


2.极线材料中的奥氏体晶粒长大,晶界也相对较粗,在氧化腐蚀气氛中容易发生开裂。



措施与建议


1.查明电除尘器现场环境中氯离子的来源,采取合适的措施排除或控制氯离子的破坏作用,延长极线的使用寿命。


2.铬钢中的含铬量在4~6%(质量分数,下同)时,其在空气中的耐热温度高为650℃,而要耐1050~1100℃的高温,铬含量则需要达到27%,因此需要了解实际工况温度,选择合适的极线材料。


3.Fe—Cr合金经预氧化处理,其表面会生成一层致密的Cr2O3氧化膜,能明显改善抗高温氧化性能,因此可考虑对电除尘器极线采用预氧化处理,延缓其氧化腐蚀进程。




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