燃气轮机组件的热腐蚀

燃气轮机是石油天然气、发电和航空等许多行业中使用的极其关键和重要的设备。不幸的是，燃气轮机内部的高温，以及污染物，快速加速腐蚀过程甚至比正常氧化快。当物质被消耗时，其承载能力减少，并且在最坏的情况下最终导致灾难性的失败。

燃气轮机

燃气轮机发动机通常称为喷射发动机，用作电力大多数现代平民和军用飞机的主要动力。

在操作时，外部空气通过进气进入发动机压缩机如图1所示。然后通过一系列定子和转子压缩空气（图1，标签一种）.现代轴流压缩机的压力可在15级中增加24倍。在燃烧室(图1，标签B.)，压缩空气与燃料混合并烧毁以产生推力。喷嘴用于分裂燃料和电点火器用于引发燃料/空气混合物的燃烧。燃烧过程将温度增加至约1,930℃（3,506°F）。然而，由于目前的材料限制，涡轮发动机的最大允许温度仅为1,100°C（2,012°F）。因此，仅使用空气的一部分来支持燃烧，而其余部分用于冷却涡轮机。

图1.燃气轮机发动机的横截面。（来源：igor dolgov / dreamstime.com）

在燃烧器之后，热排气通过涡轮机通过涡轮机（图1，标签C）.随着气体通过一系列定子和转子膨胀，随着压力降低和能量被转换为通过中心轴转动压缩机。冷却设备和涂料通常用于将涡轮机叶片熔化。气体最终在排气端加速，以产生推力（图2）。

图2.燃气轮机发动机的图。（资料来源：Jeff Dahl / Creative Commons）

热腐蚀

热腐蚀是由于存在而导致的加速腐蚀盐污染物它们结合起来形成熔化的沉积物，破坏了保护层氧化物层在某些金属表面发现的。热腐蚀分为两类:第一类(高温热腐蚀)和第二类(低温热腐蚀)。

I型高温热腐蚀（HTHC）

I型高温热腐蚀(HTHC)通常在850至950°C(1,562至1,742°F)的温度范围内观察到。当缩合碱金属盐在组分表面形成时，HTHC过程就开始了。一系列的化学反应发生，攻击保护性的氧化层和耗尽铬来自材料的元素。铬含量较少，基材迅速氧化和多孔规模开始形成。

II型低温热腐蚀（LTHC）

II型低温热腐蚀（LTHC）通常在650至800°C（1,202至1,472°F）的温度范围内观察到。用于构建涡轮机叶片，基于钴基合金的常用材料之一与三氧化硫反应（如此_3.）来自燃烧气体形成硫酸钴（COSO_4.）.混合物硫酸钠（Na₂所以_4.）和coso._4.是LTHC中发现的典型点蚀的原因。

更靠近刀片的根，温度通常低于其他部件的温度。所以，这些区域容易受到LTHC的影响．可能会有材料和厚度的损失由于HTHC和疲劳的共同作用在涡轮叶片的尖端。还有绿色的存在这是HTHC的宏观特征．此外，可能存在尤其损坏叶片的后缘附近，这表明来自燃料的硫可能与保护氧化物层反应并攻击基材。

预防热腐蚀

以下各节将介绍针对燃气轮机部件热腐蚀的各种缓解措施。

合金的选择

材料选择决定机械强度和耐腐蚀性能在高温下。遗憾的是，许多合金具有与这两个周长相关的反比相关性。例如，钨和钼在提高机械强度，但高易受热腐蚀的影响。因此，最好的做法是在材料选择中进行必要的权衡，申请保护涂料提高耐腐蚀性。

铬是用于改善合金耐腐蚀性的最有效元件。其他经过验证的要素包括铈，镧，铂和钛。所选择的合金也应该对其保护性氧化物具有良好的粘附性和微观结构没有易于加速攻击的二级阶段。（一定要查看我们的耐腐蚀金属指南．）

保护涂料

有三类保护涂层：扩散，覆盖和热障涂层。扩散涂料是实现的富含合金的表面用铝，铬或硅。覆盖涂层是耐腐蚀合金，专为高温保护而设计。热障涂层用于绝缘底物气体流动的热量。该涂层系统包括外部涂层陶瓷覆盖在抗氧化件上债券外套．（有关陶瓷涂层的更多信息，请阅读陶瓷涂料的前5大应用．）

热部件的清洗

洪水用普通水清洗最小化热腐蚀通过溶解和除去所需的盐和其他污染物来引发热腐蚀。发动机维护手册通常包含详细的洗涤程序。洗涤频率由腐蚀的严重程度决定。每次航班之前可能需要洗涤或每月一次。它可以基于的调整孔镜检查的结果．

空气过滤

安装高效率空气过滤器是另一种防腐蚀的保护方法。如果空气中NA的含量低于0.08ppm，则不会发生热腐蚀。

燃料成分

为防止热腐蚀的引发和蔓延，应控制燃料中碱金属、钒和硫的含量必须小心控制．燃料中的最大允许杂质含量定义为0.2-0.6ppm（Na + k），0.5ppm v和1％s。

添加剂（例如，Mg，Cr，Ca和Ba）加入燃料中以降低腐蚀速率。添加MgO可以缓解使用高水平燃料燃料的效果。结果是氧化镁将优先与五氧化二钒（v₂O._5.）形成mg_3.V.₂O._8.熔化温度较高。

结论

热腐蚀是燃气轮机的一个问题，可能会导致故障。为了避免灾难性的故障，必须在早期阶段预防和检测热腐蚀。涡轮叶片失效的原因可能是热腐蚀和其他机理的共同作用乏力．

I型高温热腐蚀与II型低温热腐蚀具有不同的特点和机理。因此，两种热腐蚀类型是可识别的。

通过采用合金选择，保护涂层，热部件的洗涤，空气过滤和燃料质量改进，可以通过应用预防性措​​施的适当组合来成功减轻热腐蚀的风险。