Высокотемпературная коррозия - High-temperature corrosion
Высокотемпературная коррозия - это механизм коррозии, который возникает, когда газовые турбины , дизельные двигатели , печи или другое оборудование вступают в контакт с горячим газом, содержащим определенные загрязнители. Топливо иногда содержит соединения или сульфаты ванадия, которые при сгорании могут образовывать соединения с низкой температурой плавления. Эти жидкие расплавленные соли оказывают сильное коррозионное воздействие на нержавеющую сталь и другие сплавы, обычно инертные против коррозии и высоких температур. Другие высокотемпературные коррозии включают высокотемпературное окисление , сульфидирование и карбонизацию. Высокотемпературное окисление и другие типы коррозии обычно моделируются с использованием модели Дил-Гроув для учета процессов диффузии и реакции.
Сульфаты
Два типа сульфата индуцированного горячая коррозия , как правило , отличается: Тип I проходит выше точки плавления из сульфата натрия и типа II происходит ниже точки плавления сульфата натрия , но в присутствии небольших количеств SO 3 .
В типе I защитная окалина растворяется расплавом соли. Сера выделяется из соли и диффундирует в металлическую основу, образуя дискретные серо-синие сульфиды алюминия или хрома, так что после удаления солевого слоя сталь не может восстановить новый защитный оксидный слой. Сульфаты щелочных металлов образуются из триоксида серы и натрийсодержащих соединений. Поскольку образование ванадатов является предпочтительным, сульфаты образуются только в том случае, если количество щелочных металлов выше, чем соответствующее количество ванадия.
Такое же нападение наблюдается у сульфата калия и магния .
Ванадий
Ванадий присутствует в нефти , особенно из Канады , западной части США , Венесуэлы и Карибского региона, в форме порфириновых комплексов. Эти комплексы концентрируются на высококипящих фракциях, которые составляют основу тяжелых мазутов . Также присутствуют остатки натрия, в основном от хлорида натрия и химикатов для обработки отработанного масла. Более 100 частей на миллион натрия и ванадия образуют золу, способную вызвать коррозию золы топлива .
Большинство видов топлива содержат небольшие следы ванадия . Ванадий окисляется до различных ванадатов . Расплавленные ванадаты, присутствующие в виде отложений на металле, могут образовывать оксидные окалины и пассивирующие слои . Кроме того, присутствие ванадия ускоряет диффузию кислорода через слой плавленой соли к металлической подложке; ванадаты могут присутствовать в полупроводниковой или ионной форме, где полупроводниковая форма имеет значительно более высокую коррозионную активность, поскольку кислород переносится через кислородные вакансии . Ионная форма, напротив, переносит кислород за счет диффузии ванадатов, которая происходит значительно медленнее. Полупроводниковая форма богата пятиокиси ванадия.
При высоких температурах или более низкой доступности кислорода, тугоплавкие оксиды - диоксид ванадия и ванадий триоксид - форма. Они не вызывают коррозии. Однако в наиболее обычных для горения условиях образуется пятиокись ванадия . Вместе с оксидом натрия образуются ванадаты различного состава. Ванадаты состава, близкого к Na 2 O, 6 V 2 O 5, имеют самые высокие скорости коррозии при температурах от 593 ° C до 816 ° C; при более низких температурах ванадат находится в твердом состоянии, при более высоких температурах ванадаты с более высокой долей ванадия обеспечивают более высокую скорость коррозии.
Растворимость оксидов пассивирующего 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 температурах ниже 705 ° C в количествах, равных массе ванадата. Такой состав золы обычен, что усугубляет проблему. Оксид хрома (III) , никель (II) , оксид и оксид кобальта (II) , являются менее растворимые в ванадатами; они превращают ванадаты в менее агрессивную ионную форму, и их ванадаты прочно прилипают, тугоплавкие и действуют как кислородные барьеры.
Скорость коррозии ванадатами можно снизить за счет уменьшения количества избыточного воздуха для горения (таким образом, образуя преимущественно тугоплавкие оксиды), огнеупорных покрытий открытых поверхностей или использования сплавов с высоким содержанием хрома, например 50% Ni / 50% Cr или 40% Ni / 60% Cr.
Присутствие натрия в соотношении 1: 3 дает самую низкую температуру плавления, и этого следует избегать. Температура плавления 535 ° C может вызвать проблемы в горячих точках двигателя, таких как головки поршней , седла клапанов и турбокомпрессоры .
Вести
Свинец может образовывать легкоплавкий шлак, способный флюсовать защитные окалины. Свинец чаще известен тем, что вызывает коррозионное растрескивание под напряжением в обычных материалах при контакте с расплавленным свинцом. Склонность свинца к растрескиванию известна в течение некоторого времени, поскольку большинство сплавов на основе железа, включая стальные контейнеры и емкости для ванн с расплавленным свинцом, обычно выходят из строя из-за растрескивания.