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锅炉管壁的损耗机理研究

文章出处:低温省煤器网人气:-发表时间:2013-10-25 15:06:00【

  研究表明,当氢氧根离子产生的碱度较高时,在管道表面形成的磁铁矿坚硬、致密且易附着,而当氢氧根离子浓度较低时,磁铁矿是多孔的。当多孔沉淀物存在时,氢氧根离子容易在沉积物之间聚集,形成典型的游离苛性碱层腐蚀模型。

  Sweeton等人研究了磁铁矿溶解性与pH、温度的关系,表明在酸性或中性条件下,温度升高时磁铁矿溶解性将降低,但碱性增加,溶解性提高。Garrels和Christ也指出,相对于含铁硅酸盐,磁铁矿并不稳定,如果水溶液中含有铁反应所需要的足够二氧化硅,将形成含铁硅酸盐而不是磁铁矿。当水中含盐量高时,钠与含铁硅酸盐反应生成NaFe(SiO3)2。碳酸氢盐和磁铁矿或铁元素直接反应生成复杂的溶解产物,可能是铁的另一来源。

  管壁的损耗机理在Coalinga油田,蒸汽锅炉内每发生3%的二氧化硅消耗,即对应于形成818lbm/D二氧化硅或34lbm/D的NaFe(SiO3)2沉淀。这些细小颗粒可能会沉积在磁铁矿的薄层上,或随非汽化水、蒸汽从锅炉出口流走。沉积可能发生在受热弯管的最后一段及管线出口处。因为管线不是直接暴露在火焰上,造成这些部位的管线外侧比内侧温度低。磁铁矿腐蚀膜受携带颗粒剧烈冲击而产生持续冲蚀,是U型管、弯头处出现管壁损耗的原因,这些携带颗粒就是从蒸汽锅炉出口流出的固体。

  在焊口和变径处,或者当蒸汽锅炉突然关闭或开启时,非汽化水膜流动会出现湍流,而湍流会使冲蚀加速进行。垢沉积后,管道内壁变得粗糙。随着蒸汽量增加,非汽化水膜厚度减小,垢或腐蚀物沉积形成的松软层,被蒸汽高速运移13in直径管在压力高于800lb/in2(G)时达到45ft/s2.这些颗粒在蒸汽涡轮超热处造成冲蚀作用,它们的冲击性能仅次于吹砂机的切割性能。

  Selmer-Olson通过让三相(氮、砂、水)在管线、U型管、弯头处的流动,在实验室研究气井中的冲蚀/腐蚀作用。他肯定了冲蚀/腐蚀、垢沉积的发生,指出在模拟的接口、弯头处流体受阻碍而出现的湍流,对冲蚀作用的影响要比气体、液体、砂注入速率影响大很多。他还观察到提高温度和CO2分压,冲蚀/腐蚀作用将明显增大。

  上述结论与Coalinga油田蒸汽锅炉管道发生破坏的原因相符合。就是说,给水中高含量二氧化硅、CO2、硫化物和硬度降低(软化剂作用)共同作用,造成垢、腐蚀产物的形成,这些物质随流体高速运动,对U型管和弯头造成冲蚀。

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