Высокотемпературная коррозия
Высокотемпературная коррозия — это механизм коррозии , который возникает, когда газовые турбины , дизельные двигатели , печи или другое оборудование вступают в контакт с горячим газом, содержащим определенные загрязняющие вещества. Топливо иногда содержит соединения или сульфаты ванадия , которые при сгорании могут образовывать соединения с низкой температурой плавления. Эти жидкие расплавленные соли сильно разъедают нержавеющую сталь и другие сплавы, обычно устойчивые к коррозии при высоких температурах. Другие виды высокотемпературной коррозии включают высокотемпературное окисление , [1] сульфидирование и карбонизация . Высокотемпературное окисление и другие типы коррозии обычно моделируются с использованием модели Дила-Гроува для учета динамики диффузии и реакций.
Сульфаты
[ редактировать ]два типа сульфатной Обычно различают горячей коррозии: тип I протекает при температуре выше температуры плавления сульфата натрия , тогда как тип II возникает при температуре ниже температуры плавления сульфата натрия, но в присутствии небольших количеств SO 3 . [2] [3]
В типе I защитный оксидный налет растворяется расплавленной солью. Сера выделяется из соли и диффундирует в металлическую подложку, образуя сульфиды алюминия или хрома серого или синего цвета. Когда алюминий или хром изолированы, после удаления слоя соли сталь не может восстановить новый защитный оксидный слой. Сульфаты щелочи образуются из триоксида серы и натрийсодержащих соединений. Поскольку образование ванадатов является предпочтительным, сульфаты образуются только в том случае, если количество щелочных металлов превышает соответствующее количество ванадия. [3]
Такое же воздействие наблюдалось в отношении сульфата калия и сульфата магния .
Ванадий
[ редактировать ]Ванадий присутствует в нефти , особенно в Канаде , западной части США , Венесуэле и Карибском регионе, часто связанный с порфирином в металлоорганических комплексах. [4] В этих комплексах концентрируются высококипящие фракции, которые затем составляют основу тяжелых мазутов . остатки натрия, в основном от хлорида натрия В этой нефтяной фракции также присутствуют и химикатов для очистки отработанной нефти. При сжигании любого количества натрия и ванадия, превышающего 100 частей на миллион, образуется зола, способная вызвать коррозию топливной золы . [4]
Большинство видов топлива содержат небольшие количества ванадия . Ванадий окисляется до различных ванадатов . Расплавленные ванадаты, присутствующие в виде отложений на металле, могут флюсовать оксидные окалины и пассивирующие слои . Кроме того, присутствие ванадия ускоряет диффузию кислорода через слой расплавленной соли к металлической подложке. Ванадаты могут присутствовать в полупроводниковой или ионной форме, причем полупроводниковая форма имеет значительно более высокую коррозионную активность, поскольку кислород транспортируется через кислородные вакансии . Ионная форма, напротив, переносит кислород за счет диффузии всего ванадата, что происходит значительно медленнее. Полупроводниковая форма богата пятиокисью ванадия. [3] [5]
При высоких температурах или при пониженной доступности кислорода образуются тугоплавкие оксиды — диоксид ванадия и триоксид ванадия . Эти более восстановленные формы ванадия не способствуют коррозии. Однако в наиболее обычных для горения условиях пятиокись ванадия образуется . Вместе с оксидом натрия образуются ванадаты различного соотношения составов. Ванадаты состава, приближающегося к Na 2 O,6 V 2 O 5, имеют самые высокие скорости коррозии при температурах от 593 °С до 816 °С; при более низких температурах ванадат находится в твердом состоянии, а при более высоких температурах ванадаты с более высокой долей ванадия больше всего способствуют более высокой скорости коррозии. [5] [3]
Растворимость оксидов пассивационного слоя в расплавленных ванадатах зависит от состава оксидного слоя. Оксид железа(III) легко растворяется в ванадатах между Na 2 O,6 V 2 O 5 и 6 Na 2 O , V 2 O 5 при температуре ниже 705 °C в количествах, равных массе ванадата. Этот диапазон состава является общим для пепла, что усугубляет проблему. Оксид хрома (III) , оксид никеля (II) и оксид кобальта (II) менее растворимы в ванадатах; они преобразуют ванадаты в менее коррозионную ионную форму, а их ванадаты плотно прилегают, тугоплавки и действуют как кислородный барьер. [5] [3]
Скорость коррозии, вызванной ванадатами, можно снизить, уменьшив количество избыточного воздуха, доступного для сгорания, чтобы преимущественно образовывать тугоплавкие оксиды, используя огнеупорные покрытия на открытых поверхностях или используя сплавы с высоким содержанием хрома, такие как 50% Ni/50% Cr или 40% Ni/60% Cr. [6]
Присутствие натрия в соотношении 1:3 дает самую низкую температуру плавления, и его следует избегать. Температура плавления 535 °C может вызвать проблемы в горячих точках двигателя, таких как головки поршней , седла клапанов и турбокомпрессоры . [5] [3]
Вести
[ редактировать ]![[икона]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1c/Wiki_letter_w_cropped.svg/20px-Wiki_letter_w_cropped.svg.png){kind=small} | Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( февраль 2013 г. ) |
Свинец может образовывать легкоплавкий шлак, способный флюсовать защитные оксидные отложения. [7] [8] Свинец чаще известен тем, что вызывает коррозионное растрескивание под напряжением в обычных материалах, подвергающихся воздействию расплавленного свинца. Склонность свинца к растрескиванию известна уже давно, поскольку большинство сплавов на основе железа, в том числе тех, которые используются в стальных контейнерах и емкостях для ванн с расплавленным свинцом, обычно выходят из строя из-за растрескивания. [9]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Биркс, Н.; Мейер, Джеральд Х.; Петтит, Ф.С. (2006). Введение в высокотемпературное окисление металлов (2-е изд.). Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-511-16162-Х . OCLC 77562951 .
- ^ Янг, Дэвид Джон (2008). Высокотемпературное окисление и коррозия металлов . ISBN 978-0-08-044587-8 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Лай, Г.Ю. (январь 2007 г.). Высокотемпературная коррозия и применение материалов . п. 321. ИСБН 978-0-87170-853-3 .
- ^ Перейти обратно: а б Бранан, Карл (16 августа 2005 г.). Практические правила для инженеров-химиков: руководство по быстрым и точным решениям повседневных технологических проблем . п. 293. ИСБН 978-0-7506-7856-8 . Архивировано из оригинала 18 апреля 2018 г. Проверено 8 февраля 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Чилингар, Георг V; Йен, Тэ Фу (1 января 1978 г.). Битум, асфальт и битуминозные пески . п. 232. ИСБН 978-0-444-41619-3 .
- ^ Карл Бранан Практические правила для инженеров-химиков: руководство по быстрым и точным решениям повседневных технологических проблем. Архивировано 18 апреля 2018 г. в Wayback Machine Gulf Professional Publishing, 2005 г., ISBN 0-7506-7856-9 стр. 294
- ^ Шрайнер, Дуг. «Обзор химического состава шлака при переработке свинца» (PDF) .
- ^ Трактат по технологической металлургии . 2014. doi : 10.1016/c2010-0-67121-5 . ISBN 9780080969886 .
- ^ Фонтана, Марс Г. (1987). Коррозионная инженерия (3-е международное изд.). Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-100360-6 . OCLC 77545140 .