254SMO不銹鋼管在煙氣脫硫裝置中的應用

摘要

眾所周知，二氧化硫是大氣污染，形成有損于自然、環境和人身健康酸雨的主要介質之一。由于這個原因，許多火力發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，不銹鋼作為建筑材料已經成功地、廣泛地應用在吸收塔、內部件、阻尼器等結構中。使用不銹鋼是一個非常有經濟效益的解決方案，具有設備壽命長、易采購和低維修成本等特點。根據腐蝕環境的不同，可以選用不同種類的不銹鋼，而超級奧氏體不銹鋼常常用于腐蝕條件較為苛刻的部位。

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

本文就這類超級奧氏體不銹鋼在煙氣脫硫裝置的應用進行了探討。

254SMO不銹鋼管的發展

在現行的美標（ASTM)中，可以找到三種超級奧氏體不銹鋼，見表一。當中，只有254SMO是有針對性的、為提高材料的耐點腐蝕和縫隙腐蝕能力、同時保證厚板的可焊性而研制、開發出來的。1978年末，254SMO開始大量商業化生產，并應用于不同工業中腐蝕環境苛刻的部位。

N08367是在其原有鋼種的基礎上發展而來的。其原型含有大約20%的鉻和6.0%的鉬，但沒有氮。由于缺氮，只能生產較薄的鋼帶和薄壁熱交換器管，否則會有σ相析出，導致其韌性和耐蝕性的下降。含有0.20%氮的改進型于八十年代初引進市場。（6XN)

N08926是一個通過加入氮，對老牌鋼種904L改進后的型號。最初型號的氮含量也較低。直到八十年中旬，氮含量為0.20%,目前的型號才開始逐漸成熟。（1.4529)

254SMO不銹鋼管標準

雖然三個鋼種都包含在美標ASTM中但只有254SMO和N08926包含在新執行的、統一的歐洲標準EN中，而N08367卻沒有，見表一。研究表明，鉻、鉬和氮元素對提高不銹鋼耐腐蝕性能有決定性的作用。表一給出了三個超級奧氏體不銹鋼這些元素的含量。而它們的作用可以通過如下公式來體現的，其中PRE值越大，耐蝕性也越高。

PRE=鉻+鉬+氮

表一 根據歐標和美標三種超級奧氏體不銹鋼影響其腐蝕性能元素的含量。

1. 根據標準中最小值計算

2. EN歐洲標準

3. ASTM美國標準

4. 不存在

254SMO是瑞典AVSETA公司的專利注冊商標。

AL-6XN是美國ALLEGHENY LUDLUM公司的專利注冊商標。

可以看到，所有重要化學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，現代煉鋼法的精度非常高。也就是說將價格較高元素的含量控制在標準的下限是很容易做到的（為了降低成本）。

這三種超級奧氏體不銹鋼化學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%。但鎳元素對材料的耐腐蝕性幾乎沒有影響，見公式（1）。

不同標準對機械性能的要求是不一樣的，但化學成份的差別是很小的。在市場上流行的、三種超級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

所有鋼種都是針對氯離子環境中點腐蝕和縫隙腐蝕問題而開發的。而且合金設計原理也是相同的，即∶所有都采用"20 鉻 + 6 鉬 + 0.2 氮"原理。結果就是它們的PRE值均在43-43范圍內，遠遠高于其它高合金化不銹鋼如904L 等。但這三個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行對比試驗。盡管已經標準化，但不同實驗室，甚至同一實驗室內，在執行標準時，均會出現不同的結果。樣品的取樣與準備，如表面處理和焊后處理等都對試驗結果有決定性影響。

最可靠的方法當然是通過一個試驗結果對其沒有經濟利益的中間機構來進行對比試驗。

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來二零零零年五月（Materials Performance）均描述了這樣的試驗。他們要為一個PVC工廠中改造螺旋式熱交換器提供材料建議。他們的基本指導思想是使用6.0% 鉬超級奧氏體不銹鋼。為了能比較N08926和254SMO 哪一個鋼種更適合，在80℃的NaCl溶液中進行試驗決定其點腐蝕電位。試驗的結論是"254SMO 比N08926有更好的耐點腐蝕能力。"

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

結果發現NO8367是夠用的。但同時他也發現"對比材料254SMO 比N08367有更高的點腐蝕電位Em，從而說明對比材料（254SMO）有更好的耐點腐蝕能力。"【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煙氣脫硫裝置中腐蝕環境（如氯離子含量、酸堿度和溫度等）和裝置結構設計來進行。其中耐蝕性是主要性能之一。綜上所述，這三個超級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，材料的可采購性、材料的生產規格都是很重要的因素。254SMO 可以以卷板形式生產，最大寬度為兩米。這給設計、節省材料方面帶來很大的便利。同時，由于其鎳含量較低，所以其價格受鎳價的影響也較少。

254SMO不銹鋼管應用業績

由于其極好的耐腐蝕性能，254SMO 已經廣泛地應用在煙氣脫硫裝置。在美國、德國、西班牙、芬蘭、瑞典、奧地利和中國等國家254SMO 均被選用。主要使用部位有∶吸收塔的塔體、煙道、檔門板、內件、噴淋系統等。使用情況良好，至今沒有發現失效情況。

254SMO不銹鋼管結論

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

l 該結論是不同實驗室的研究結果，并發表于較大的國際會議和較有影響的學術雜志上。

l 6.0%鉬超級奧氏體不銹鋼254SMO 很早就應用于煙氣脫硫裝置中的不同部位，并有很好的業績。

l 由于鎳目前處于高價位，所以采用254SMO會給您帶來不小的經濟效益，且不會影響使用效果。

l 254SMO最早發明后，由于有專利注冊，別的公司只能添加鎳來避免專利注冊范圍，所以才會有其他幾種合金，但會增加成本。