254SMO不銹鋼管在煙氣脫硫裝置中的應(yīng)用

摘要

眾所周知，二氧化硫是大氣污染，形成有損于自然、環(huán)境和人身健康酸雨的主要介質(zhì)之一。由于這個(gè)原因，許多火力發(fā)電廠都開始使用煙氣脫硫裝置以減少硫的排放量。幾十年來(lái)，不銹鋼作為建筑材料已經(jīng)成功地、廣泛地應(yīng)用在吸收塔、內(nèi)部件、阻尼器等結(jié)構(gòu)中。使用不銹鋼是一個(gè)非常有經(jīng)濟(jì)效益的解決方案，具有設(shè)備壽命長(zhǎng)、易采購(gòu)和低維修成本等特點(diǎn)。根據(jù)腐蝕環(huán)境的不同，可以選用不同種類的不銹鋼，而超級(jí)奧氏體不銹鋼常常用于腐蝕條件較為苛刻的部位。

目前市場(chǎng)上有幾種經(jīng)常在煙氣脫硫裝置使用的超級(jí)奧氏體不銹鋼。它們的化學(xué)成份是基本相同的，均含有大約20%的鉻、6.0%的鉬和0.20%氮。這類超級(jí)奧氏體不銹鋼的典型鋼種分別是：瑞典Avesta的254SMO、德國(guó)Krupp VDM的Cronifer 1925hMo(1.4529)及美國(guó)Allegheny Ludlum的AL-6XN等。

本文就這類超級(jí)奧氏體不銹鋼在煙氣脫硫裝置的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

254SMO不銹鋼管的發(fā)展

在現(xiàn)行的美標(biāo)（ASTM)中，可以找到三種超級(jí)奧氏體不銹鋼，見(jiàn)表一。當(dāng)中，只有254SMO是有針對(duì)性的、為提高材料的耐點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕能力、同時(shí)保證厚板的可焊性而研制、開發(fā)出來(lái)的。1978年末，254SMO開始大量商業(yè)化生產(chǎn)，并應(yīng)用于不同工業(yè)中腐蝕環(huán)境苛刻的部位。

N08367是在其原有鋼種的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。其原型含有大約20%的鉻和6.0%的鉬，但沒(méi)有氮。由于缺氮，只能生產(chǎn)較薄的鋼帶和薄壁熱交換器管，否則會(huì)有σ相析出，導(dǎo)致其韌性和耐蝕性的下降。含有0.20%氮的改進(jìn)型于八十年代初引進(jìn)市場(chǎng)。（6XN)

N08926是一個(gè)通過(guò)加入氮，對(duì)老牌鋼種904L改進(jìn)后的型號(hào)。最初型號(hào)的氮含量也較低。直到八十年中旬，氮含量為0.20%,目前的型號(hào)才開始逐漸成熟。（1.4529)

254SMO不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)

雖然三個(gè)鋼種都包含在美標(biāo)ASTM中但只有254SMO和N08926包含在新執(zhí)行的、統(tǒng)一的歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN中，而N08367卻沒(méi)有，見(jiàn)表一。研究表明，鉻、鉬和氮元素對(duì)提高不銹鋼耐腐蝕性能有決定性的作用。表一給出了三個(gè)超級(jí)奧氏體不銹鋼這些元素的含量。而它們的作用可以通過(guò)如下公式來(lái)體現(xiàn)的，其中PRE值越大，耐蝕性也越高。

PRE=鉻+鉬+氮

表一 根據(jù)歐標(biāo)和美標(biāo)三種超級(jí)奧氏體不銹鋼影響其腐蝕性能元素的含量。

1. 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中最小值計(jì)算

2. EN歐洲標(biāo)準(zhǔn)

3. ASTM美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)

4. 不存在

254SMO是瑞典AVSETA公司的專利注冊(cè)商標(biāo)。

AL-6XN是美國(guó)ALLEGHENY LUDLUM公司的專利注冊(cè)商標(biāo)。

可以看到，所有重要化學(xué)成份的含量均是很接近的。PRE 值也處于同一水平。值得一提的是，現(xiàn)代煉鋼法的精度非常高。也就是說(shuō)將價(jià)格較高元素的含量控制在標(biāo)準(zhǔn)的下限是很容易做到的（為了降低成本）。

這三種超級(jí)奧氏體不銹鋼化學(xué)成分中最大的差別在于鎳含量。N08926 和N08367的鎳含25%，而254SMO 的只有18%。但鎳元素對(duì)材料的耐腐蝕性幾乎沒(méi)有影響，見(jiàn)公式（1）。

不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)械性能的要求是不一樣的，但化學(xué)成份的差別是很小的。在市場(chǎng)上流行的、三種超級(jí)奧氏體不銹鋼典型鋼種也在表一中給出。

254SMO不銹鋼管耐腐蝕性能

所有鋼種都是針對(duì)氯離子環(huán)境中點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕問(wèn)題而開發(fā)的。而且合金設(shè)計(jì)原理也是相同的，即∶所有都采用"20 鉻 + 6 鉬 + 0.2 氮"原理。結(jié)果就是它們的PRE值均在43-43范圍內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它高合金化不銹鋼如904L 等。但這三個(gè)鋼種之間的差別是非常小的。

尋找這些鋼種之間差別最可靠的方法就是進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。盡管已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，但不同實(shí)驗(yàn)室，甚至同一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，均會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)果。樣品的取樣與準(zhǔn)備，如表面處理和焊后處理等都對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有決定性影響。

最可靠的方法當(dāng)然是通過(guò)一個(gè)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)其沒(méi)有經(jīng)濟(jì)利益的中間機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

DAVIES和 Potgieter于一九九九年在南非（Causes and remediation of corrosion failure OF DUPiplex stainless steel equipment in a PVC plant,Proc.14th ICC Congress, Cape tov來(lái)二零零零年五月（Materials Performance）均描述了這樣的試驗(yàn)。他們要為一個(gè)PVC工廠中改造螺旋式熱交換器提供材料建議。他們的基本指導(dǎo)思想是使用6.0% 鉬超級(jí)奧氏體不銹鋼。為了能比較N08926和254SMO 哪一個(gè)鋼種更適合，在80℃的NaCl溶液中進(jìn)行試驗(yàn)決定其點(diǎn)腐蝕電位。試驗(yàn)的結(jié)論是"254SMO 比N08926有更好的耐點(diǎn)腐蝕能力。"

Malik 博士就職于沙特阿拉伯的SWCC（沙特阿拉伯國(guó)家海水淡化管理機(jī)構(gòu)）腐蝕實(shí)驗(yàn)室。他對(duì)254SMO 和NO8367進(jìn)行了另一種比較。SWCC在其反滲透法的海水淡化裝置中有很好的使用254SMO 的經(jīng)驗(yàn)。他們想知道N08367是否也可以使用。為此，對(duì)N08367進(jìn)行了比較試驗(yàn)。他們選用了 316L 和254SMO 作為對(duì)比材料。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)NO8367是夠用的。但同時(shí)他也發(fā)現(xiàn)"對(duì)比材料254SMO 比N08367有更高的點(diǎn)腐蝕電位Em，從而說(shuō)明對(duì)比材料（254SMO）有更好的耐點(diǎn)腐蝕能力。"【Corosion performance evaluation of super-austenitic stainless seel UNS N08367,Proc.Desalination andreuse, International De- salination Association, Bahrain2002]。

254SMO不銹鋼管材料的選擇

不銹鋼的選擇必須依據(jù)煙氣脫硫裝置中腐蝕環(huán)境（如氯離子含量、酸堿度和溫度等）和裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行。其中耐蝕性是主要性能之一。綜上所述，這三個(gè)超級(jí)奧氏體不銹鋼在耐氯離子腐蝕方面具有相同的水平。除此之外，材料的可采購(gòu)性、材料的生產(chǎn)規(guī)格都是很重要的因素。254SMO 可以以卷板形式生產(chǎn)，最大寬度為兩米。這給設(shè)計(jì)、節(jié)省材料方面帶來(lái)很大的便利。同時(shí)，由于其鎳含量較低，所以其價(jià)格受鎳價(jià)的影響也較少。

254SMO不銹鋼管應(yīng)用業(yè)績(jī)

由于其極好的耐腐蝕性能，254SMO 已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在煙氣脫硫裝置。在美國(guó)、德國(guó)、西班牙、芬蘭、瑞典、奧地利和中國(guó)等國(guó)家254SMO 均被選用。主要使用部位有∶吸收塔的塔體、煙道、檔門板、內(nèi)件、噴淋系統(tǒng)等。使用情況良好，至今沒(méi)有發(fā)現(xiàn)失效情況。

254SMO不銹鋼管結(jié)論

l 6.0%鉬超級(jí)奧氏體不銹鋼N08926、254SMO和NO8367在化學(xué)成份（特別是影響耐蝕性元素）的差別是非常小的，對(duì)其耐點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕能力沒(méi)有較大的影響。

l 該結(jié)論是不同實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果，并發(fā)表于較大的國(guó)際會(huì)議和較有影響的學(xué)術(shù)雜志上。

l 6.0%鉬超級(jí)奧氏體不銹鋼254SMO 很早就應(yīng)用于煙氣脫硫裝置中的不同部位，并有很好的業(yè)績(jī)。

l 由于鎳目前處于高價(jià)位，所以采用254SMO會(huì)給您帶來(lái)不小的經(jīng)濟(jì)效益，且不會(huì)影響使用效果。

l 254SMO最早發(fā)明后，由于有專利注冊(cè)，別的公司只能添加鎳來(lái)避免專利注冊(cè)范圍，所以才會(huì)有其他幾種合金，但會(huì)增加成本。