濾料耐腐蝕性能的氣體試驗(yàn)方法研究

1. 鹽城纖維檢驗(yàn)所/江蘇省環(huán)保過濾材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，江蘇 鹽城 224051；2. 江蘇省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院鹽城分院，江蘇 鹽城 224051；3. 江蘇省生態(tài)建材與環(huán)保裝備協(xié)同創(chuàng)新中心/江蘇省新型環(huán)保重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鹽城工學(xué)院，江蘇 鹽城 224051

袋式除塵器作為一種高效的粉塵去除裝備,被廣泛地應(yīng)用于各種粉塵企業(yè)。濾料是除塵器的核心。工業(yè)煙氣的成分復(fù)雜，它含有各種酸堿性的氣體，且高溫下會(huì)加劇對濾料的腐蝕作用，造成濾料提前損毀和濾料更換周期縮短，這給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在濾料性能檢測中，應(yīng)測試濾料的耐氣體腐蝕性能。目前，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6719—2009《袋式除塵器技術(shù)要求》中的耐腐蝕性能測試方法，將濾料分別放入60%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))H2SO4和40%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaOH的常溫溶液中浸泡24 h，然后測試其強(qiáng)力保持率。但這種測試方法中的濾料腐蝕環(huán)境與濾料在實(shí)際工況中的高溫氣體腐蝕環(huán)境不同，只能大致模擬在極端結(jié)露條件下酸堿性氣體在濾料表面形成液滴時(shí)的情況[1]。因此，國外的企業(yè)開始采用氣體腐蝕的測試方法來考察濾料的耐腐蝕性能，這種方法中的濾料腐蝕形式與濾料在實(shí)際工況中的氣體腐蝕形式相似。日本帝人公司設(shè)計(jì)了濾料在酸性氣體中的暴露試驗(yàn)[2]，利用風(fēng)機(jī)將酸性氣體循環(huán)通過濾料，對濾料進(jìn)行腐蝕老化。國內(nèi)的東北大學(xué)也設(shè)計(jì)了相應(yīng)的氣體腐蝕裝置，將濾料放置在不同濃度的高溫氣體中，研究濾料的腐蝕老化性能[3-6]。本文根據(jù)濾料在實(shí)際工況中的環(huán)境參數(shù)，設(shè)計(jì)了模擬高溫工況條件的濾料耐腐蝕性能的氣體試驗(yàn)設(shè)備，并對濾料的耐氣體腐蝕性能進(jìn)行研究。

1 濾料耐腐蝕性能的氣體試驗(yàn)裝置研發(fā)

根據(jù)濾料氣體腐蝕性的原理，設(shè)計(jì)了一種測試濾料耐腐蝕性能的氣體試驗(yàn)裝置，如圖1所示。該裝置由配氣系統(tǒng)、溫度腐蝕箱和吸收裝置組成。其中，配氣系統(tǒng)可以完成三種氣體的定量混合。三種

氣體，一種為氮?dú)猓环N為氧氣，還有一種為腐蝕性氣體(如SO2、NO、NO2等)。相應(yīng)地，針對三種氣體，設(shè)計(jì)了三條氣路管道。將三種氣體裝入對應(yīng)的氣路管道，通過電磁開關(guān)控制氣路管道的開閉，每條氣路管道由質(zhì)子流量計(jì)控制其氣體流量。氣體通過質(zhì)子流量計(jì)后，到達(dá)混氣罐，在其中進(jìn)行均勻混合，制成試驗(yàn)需要的混合氣體。同時(shí)，通過氣相質(zhì)譜儀測量混合氣體中各氣體組分的濃度，從而保證混合氣體的濃度準(zhǔn)確。隨后，混合氣體通過管道進(jìn)入烘箱內(nèi)的密封罐，濾料在密封罐中接受高溫氣體的腐蝕作用而發(fā)生老化。為了保證老化效果，按GB/T 6719—2009《袋式除塵器技術(shù)要求》的規(guī)定，將濾料剪成條狀試樣，然后將試樣垂直夾持在密封罐中的支架上，確保濾料和高溫氣體充分接觸，這與實(shí)際應(yīng)用中除塵器中的濾料狀態(tài)基本一致；接著，將密封罐體密封，防止氣體泄漏。為了保證氣體循環(huán)流通，多余的氣體通過排出通道排入吸收瓶中，凈化后排出室外。

圖1 氣體試驗(yàn)裝置示意

2 檢測流程

首先，將濾料裁剪并放入密封罐，將烘箱設(shè)定到所需要的溫度后進(jìn)行升溫。然后，將混合氣體調(diào)節(jié)到所需要的濃度，打開閥門，將混合氣體放入密封罐。在試驗(yàn)初始階段，可以持續(xù)放入混合氣體，時(shí)間為20～30 min，以充分保證密封罐中混合氣體濃度一致、各氣體組分穩(wěn)定。對濾料進(jìn)行長期氣體腐蝕試驗(yàn)時(shí)，待密封罐中的氣體濃度穩(wěn)定后，可以將密封罐兩側(cè)的氣路閥門關(guān)閉，停止放入氣體，節(jié)省氣體用量。但為了防止密封罐中的氣體腐蝕濾料后濃度降低，可以間隔固定時(shí)間(24 h)，重新放入氣體。待濾料腐蝕達(dá)到需要的時(shí)間后，關(guān)停烘箱，停止加熱。可以通入氮?dú)庵撩芊夤拗幸詻_出殘留的有害氣體，然后關(guān)閉氣路閥門，待烘箱冷卻后，打開密封罐，取出腐蝕后的濾料進(jìn)行力學(xué)性能測試。

3 PPS 濾料在NO2氣體中的耐腐蝕性能試驗(yàn)

PPS濾料是目前應(yīng)用廣泛的一種耐高溫除塵濾料。為了研究PPS濾料在NO2氣體中的耐腐蝕性能，將PPS濾料放置在NO2氣體中進(jìn)行加速腐蝕試驗(yàn)。試驗(yàn)中，設(shè)定NO2氣體濃度為2 000 mL/m3，輔助氣體為氮?dú)猓囼?yàn)溫度設(shè)定為PPS纖維的推薦使用溫度190 ℃，試驗(yàn)時(shí)間設(shè)定為100、200、300 h。圖2、圖3所示分別為經(jīng)NO2氣體腐蝕后PPS濾料的經(jīng)緯向拉伸曲線。

圖3 PPS濾料緯向拉伸曲線

由圖2可以看出，PPS濾料在NO2中氣體腐蝕后，其經(jīng)向拉伸性能明顯下降，且隨著試驗(yàn)時(shí)間增加，下降幅度越大；試驗(yàn)時(shí)間為300 h時(shí)，其斷裂強(qiáng)力的峰值僅為原樣的81.2%。另外，由圖2還可以看出，經(jīng)NO2氣體腐蝕后，PPS濾料的經(jīng)向拉伸模量(即拉伸曲線初始直線段的斜率)較原樣略微降低。

由圖3可以看出，PPS濾料在NO2氣體中腐蝕后，其緯向的拉伸性能與經(jīng)向有所差別，主要表現(xiàn)為斷裂伸長明顯減小；試驗(yàn)時(shí)間為300 h時(shí)，其斷裂伸長僅為原樣的76%。這與濾料在高溫NO2氣體中發(fā)生收縮有關(guān)，濾料收縮造成其緯向的拉伸模量有所提高。隨著試驗(yàn)時(shí)間增加，PPS濾料緯向的拉伸斷裂強(qiáng)力也呈下降趨勢，但變化幅度不大。

由此可以得出，PPS濾料在NO2氣體中較容易發(fā)生氧化反應(yīng)，且在高溫條件下，NO2氣體對PPS濾料的腐蝕作用加快，導(dǎo)致濾料的拉伸性能下降，同時(shí)濾料的脆性增加，這降低了濾料的使用壽命。

4 結(jié)論

研發(fā)制備了濾料耐腐蝕性能的氣體試驗(yàn)裝置，提出了濾料在高溫氣體中耐腐蝕性能的測試方法，并利用氣體試驗(yàn)裝置對PPS濾料在NO2氣體中的耐腐蝕性能進(jìn)行測試。通過濾料耐腐蝕性能的氣體試驗(yàn)裝置，可以很好地控制氣體的濃度和溫度，研究濾料在高溫氣體中的耐腐蝕性能。PPS濾料在NO2氣體中容易發(fā)生氧化反應(yīng)，隨著腐蝕時(shí)間的增加，其拉伸性能明顯下降，尤其是經(jīng)向的斷裂強(qiáng)力；同時(shí)，經(jīng)氣體腐蝕后，PPS濾料緯向的斷裂伸長降低明顯。在實(shí)際使用中，過高濃度的NO2氣體會(huì)減少PPS濾料的使用壽命，因此要注意控制煙氣中的腐蝕性氣體濃度，從而延長濾料的使用壽命。