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高溫除塵濾袋用文丘里失效分析及改進

2019-01-25 12:02:17 作者：侯力強來源：《腐蝕與防護》分享至：

文丘里是什么？

文丘里除塵濾袋是由袋口的文丘里管連接底部濾袋組成的，其作用在于促進噴出的壓縮空氣與被誘導的二次氣流盡快進行能量交換。

圖1 文丘里管的形貌

文丘里管的形狀如圖1所示，屬于除塵器配件之一，通常與除塵骨架配套使用。

背景

本工作用文丘里管由361L不銹鋼制成，配合金屬纖維氈濾袋在某造紙污泥焚燒發電除塵項目中進行了應用，該工況溫度波動較大（90℃~300℃），一般的布袋容易產生“燒袋”，另外該工況的含塵氣體中Cl-、S2-的含量較高，并且氣體中水分含量較高。當除塵倉運行3個月后，檢測發現排放濃度有升高趨勢，立刻打開其中一個除塵倉室進行檢查，發現較多的文丘里管的端口和喉管口部分出現了生銹、破裂現象，如圖2所示，破裂后的鐵片掉落在濾袋內部，在脈沖氣體的沖刷下，導致濾袋出現破損，引起泄露。本工作針對文丘里管在此次工況下的失效原因進行了分析并提出了改進措施。

a端口

b喉管

圖2 文丘里失效破損形貌

理化檢驗

01化學成分

由表1可見：失效文丘里管的化學成分均在參考值范圍之內，滿足材料使用要求，首先排除材料成分不合格原因。

表1 失效文丘里管的主要化學成分

02組織分析

a端口

b喉管

圖3 失效文丘里組織形貌

由圖3可見：變形量較小的端口部分組織晶粒內部有大量孿晶，晶界規則，主要為奧氏體；而經過沖壓變形后，喉管部分材料組織晶粒由等軸晶粒拉伸至條帶狀組織，具有明顯的方向性。圖3中還可見：沖壓板的組織中晶界處出現大量的黑點區域，如圈中所示，應屬奧氏體中碳化物被腐蝕后形成的點蝕坑。

圖4 失效文丘里管組織的XRD圖譜

如圖4所示，圖中出現了原始奧氏體組織的3個特征衍射峰，所對應晶面指數分別為（111）、（200）、（220），但同時也伴隨著另外三個衍射峰：（110）、（200）、（211），屬于馬氏體組織3個特征衍射峰，通過兩者峰值強度的比較可以明顯看出馬氏體組織占有較大比例。

03斷口形貌

圖5 失效文丘里管的裂紋擴展路徑及斷口形貌

如圖5所示：裂紋起源于表面，垂直擴展，裂紋呈樹枝狀，裂紋斷口截面平整，表現為沿晶和解理混合斷裂方式，屬于典型的脆性斷裂，在斷口截面可以觀察到一些腐蝕產物，經過能譜分析后發現含有大量的Cl-、S2-，見圖6。

圖6 腐蝕產物能譜分析結果

文丘里管發生脆斷的原因如下：一方面馬氏體晶內強度大于晶界，晶粒在受力變形過程中硬度較高的馬氏體和晶界碳化物會成為裂紋萌生的主要位置；另一方面外界的Cl-、S2-會對馬氏體組織產生較強的腐蝕，兩方面原因會導致裂紋的擴展方式屬于沿晶擴展，產生脆性斷裂。

改進措施

根據上述分析結果，本工況中文丘里管失效的原因是：一方面其在制備過程中產生了耐蝕性差的形變馬氏體和碳化物，另外工況中水分含量高，溫度變化較大，氣體到達濾袋出口的溫度低（90~100℃），遇到文丘里管會出現結露現象；另一方面氣體受噴吹壓縮空冷空氣降溫后也會出現冷凝。綜合結果導致在袋口位置出現了Cl-、S2-的液化和富集現象，形成的腐蝕性溶液附著于袋口表面，結合噴吹壓力，最終出現了應力腐蝕脆性斷裂。

針對以上原因，首先通過固溶處理，將文丘里管在真空氣氛下，1050℃保溫30min以消除形變馬氏體，使組織轉變為單一的奧氏體，這有助于增加文丘里管的耐蝕性。由圖7可見：經過固溶處理，形變馬氏體和晶界碳化物均消失，晶粒形狀為較規整的多邊形，通過XRD衍射對組織進行分析后，只出現奧氏體組織的3個特征衍射峰：（111）、（200）、（220）。

在工況方面：通過提高噴吹氣體溫度，減少了水蒸氣液化的產生，在濾芯方面，金屬纖維氈采用雙面復網，增加耐磨強度。通過以上改進措施，除塵設備長時間工作后仍運轉正常，排放濃度達到預期要求。