硫酸装置2#省煤器腐蚀失效原因分析

1、概况

        XXXX公司硫磺制酸装置（3#系统）于2019年4月对系统中的2#省煤器进行更换。至2019年12月份该更换的2#省煤器共发生3次严重泄漏，造成系统全面停车处置。

  硫磺制酸装置共设原料、熔硫、焚硫转化、干吸等工段。省煤器作为系统中提高能效的热交换设备之一。服役状态下管子内部通循环水，管子外部是二氧化硫、三氧化硫烟气。2#省煤器工艺参数（略）

  经现场了解，更换后的2#省煤器局部结构进行了改变，主要是在柔性管板与隔板连接的底部增加了一冷凝槽。冷凝槽底部设置两连通管与烟气进口相连。（图略）

2、样品分析

  本次分析样品为从泄漏罐体的热管上割取。内管材质为20G 。

2.1、分析采用标准

（1） GB/T 222《钢的成品化学分析允许偏差》

（2） GB/T 14203《钢铁及合金光电发射光谱分析通则》

……

2.2、分析试验结果

2.2.1宏观检查

  对3根样品进行宏观检查，3根样品均在局部区域发生了严重的均匀腐蚀。1#、2#样品的外管出现明显的减薄、3#样品内外管腐蚀破损严重。3根样品表面腐蚀严重，已腐蚀破损、泄漏部位未见有明显的塑性变形 ……

2.2.2、成分分析

  从样品上取样进行化学成分分析，分析结果表明，取样部位母材的化学成分均满足GB/T5310-2008对20G钢管的要求（详见表2）。

2.3.3、拉伸试验

  从样品上截取拉伸试样，取样方向为轴向（纵向），试验结果见表3。取样部位母材的 抗拉强度、屈服强度、断后伸长率均能满足GB/T5310-2008对20G钢管的要求（详见表3）。

2.2.4、金相分析

  取破损处管子横截面，磨抛腐蚀后观察正常处和破损处组织，均为F+P，晶粒度一致，珠光体呈细颗粒状（非片层），说明受过热，组织无异常，见图6和图7。

2.2.5、断口分析

  用扫描电子显微镜观察腐蚀破损处表面形貌，可见氧化锈蚀严重，见图8和图9。

         图8 破损处低倍形貌 36X

2.2.6、能谱分析

  在扫描电镜下利用能谱仪对破损表面进行成分定性及半定量分析，可见主要为O、Fe、Si、S等元素，说明氧化严重并存在硫的腐蚀产物，见图10和表4。

                    图10 破损处表面能谱分析位置和谱峰图

2.3、样品分析结论

  通过以上分析我们可以得出以下结论：

1） 热管的内外管材料成分正常，力学性能满足标准要求；

2） 材料金相组织正常，珠光体因受热有球化现象；

3） 断口分析表明泄漏与硫酸腐蚀有关；

4） 宏观外貌可见腐蚀是从换热管外侧向内腐蚀。

3、设备腐蚀成因分析

  从设备腐蚀形貌可见：腐蚀集中于下部倒数第1、2、3排和排液槽较为严重，倒数第2、3排更是腐蚀破损。结合图11所表现的腐蚀形貌特征，该设备的腐蚀情况与硫酸的露点腐蚀形貌一致……

  2#省煤器夹套处管子的腐蚀是由于开、停车时的低温硫酸露点腐蚀所产生析氢腐蚀，新的冷凝槽结构促进了开、停车时的低温硫酸露点腐蚀。