高压锅炉水侧腐蚀的原因及防治

高压锅炉水侧腐蚀的原因及防治凌汉宏(南京市扬子石油化工有限责任公司热电厂，南京210048)摘要通过对扬子石化公司热电厂220t/h高压锅炉的运行状况分析和研究，以及在马来西亚TITAN公司公用工程部工作的经验和体会，经过对高压锅炉水侧管路的采样分析及常见腐蚀的状况调研，得出了高压锅炉管道水侧的腐蚀原因以及防治方法，为高压锅炉的安全、稳定运行提供了可靠的理论和实际依据关键词水侧腐蚀原因防治1前言高压锅炉的给水经过预处理和离子交换等工艺处理后，水中的悬浮物、胶体及溶解性盐类均已除去，但水中还溶解有各种气体，这些气体中的氧气和二氧化碳能引起锅炉给水系统的腐蚀。尤其在锅炉运行和停用期间，由于水质监控不严、定期工作不力、酸碱控制失衡等，造成锅炉水侧系统溶解氧过高、沉淀物过多、PH值超标，这势必使高压锅炉水侧产生各种各样的腐蚀。腐蚀不仅造成经济上的损失，而且也缩短了设备的使用寿命，同时腐蚀产物进入锅炉水中，使水中杂质增多，加剧了锅炉受热面的结垢，促进了水侧的腐蚀，恶化了系统的循环，影响了锅炉的安全、稳定、经济运行。因此，只有认真地分析高压锅炉水侧产生腐蚀的原因，并有针对性地采取防范措施，才能有效地减少高压锅炉水侧腐蚀的发生，为锅炉的安全、稳定运行提供有力的保障。2腐蚀的原因及防治高压锅炉水侧腐蚀的原因有许多，主要有溶解氧腐蚀、沉淀物下腐蚀、酸性腐蚀、碱性腐蚀、碱性脆化、铜氨错化合物腐蚀、停用腐蚀、冲蚀等。以下针对高压锅炉常见的腐蚀作具体分析，并提出一些切实可行的防治方法。2.1溶解氧腐蚀2.1.1原因溶解氧腐蚀是一种电化学腐蚀，铁和氧形成两个电极，组成腐蚀电池，在腐蚀电池中铁的电位总是比氧的电极电位低，所以铁是电池的阳极，而遭到腐蚀。反应机理见图1。由于这些生成物比较疏松，没有保护性，一旦在金属表面的某一点发生腐蚀，就会持续下去。究其原因主要有两方面，一方面是氧化铁帽中产生一种酸性溶液，加速了铁的溶解及提高了导电度；另一方面生成氧化铁帽，腐蚀产物阻止了氧的扩散，在腐蚀产物下形成缺氧的阳极区，外部便形成了富氧的阴极区，从而构成了一个浓差电池，两部分的差异，加速了腐蚀反应。溶解氧腐蚀的判别方式：当除去红色氧化铁帽时，在穴中暴露有黑色的四氧化三铁沉积物，则为溶解氧腐蚀；如果没有黑色的氧化铁在穴中，或穴外无红色的氧化铁时，则为非溶解氧腐蚀。溶解氧腐蚀随着水中的溶氧量的增加和水温的提高，腐蚀性也就愈强，见图2。　　当PH值小于4或大于14时，腐蚀会加大。当PH值小于4时，金属表面不易形成保护膜；当水的PH值介于4和14之间时，金属表面上形成一种致密的氢氧化物保护膜，所以腐蚀速度会降低；当PH值大于14时，由于Fe　3O　4保护膜在碱性溶液中溶解，腐蚀速度会重新上升。水中离子的化学组成不同，溶解氧的腐蚀速度也有所不同。如水中含有Cl-，Cl-有破坏保护膜的能力，因而会促进腐蚀；如水中含有、等，则可促进保护膜的生成，可以减缓腐蚀。含有溶解氧的水进入锅炉后，大部分的氧气将闪化进入蒸汽，而在汽包的水线和给水入汽包的空间产生特定的孔蚀，另外后炉膛水冷壁也可能有严重的局部腐蚀。随着给水速度的提高和锅炉热负荷的增加，溶解氧腐蚀也会随之加剧。给水管道和省煤器入口端特别容易受到溶解氧腐蚀。2.1.2防治方法未除氧之前热回收系统及管路，宜选择耐腐蚀的金属材料或保护涂层。配制合适的除氧器，表1给出了三种常用的除氧器设备（即真空除氧器、开放式除氧器、喷湿式除氧器），其中高压锅炉普遍采用喷湿式除氧器。采用化学除氧法。根据操作压力和温度，选用适当的除氧剂，一般高压锅炉宜选用不会增加溶存固体物的有机脱氧剂，通常选用联氨（N2H4），而中、低压锅炉可采用亚硫酸钠。由于联氨毒性较高，现阶段有机脱氧剂已渐渐使用较低毒性的脱氧剂代替联氨，如对氧环已环、环已胺、乙二胺、对苯二酚、碳酰肼等。给水加氨（NH3）处理。通过加氨处理，提高给水的PH值，PH值应控制在8.5～9.2之间比较合适。2.2沉积物下腐蚀2.2.1原因当锅炉内金属表面附着有水垢或水渣时，在其下面会发生严重的腐蚀，这种腐蚀与锅炉水的局部浓缩有关，沉积物腐蚀主要发生在水冷壁管沉积物的下面，一般是热负荷较高的位置。如喷燃器附近，炉管的向火侧等处。如果沉积物下腐蚀速度达到1.5～5mm/s时，一般锅炉运行5000～30000h就会出现腐蚀穿孔，甚至爆管等。反应机理：如果补给水中含碳酸盐或者凝汽器泄漏，而冷却水是碳酸盐含量高的河水，这将使锅炉水出现游离NaOH。这样使沉积物下蒸浓炉水，PH值上升到13以上，破坏了保护膜，从而发生了碱对金属的腐蚀。这样使沉积物下蒸浓炉水，PH值快速下降，破坏了保护膜，发生酸对金属的腐蚀。2.2.2防治方法新装锅炉投入运行之前，必须先进行化学清洗。锅炉运行之后，要定期清洗，以便能即时地除去金属管壁上的沉积物和腐蚀产物。减少给水中的铜和铁的离子含量。　做好锅炉的停用保护工作，防止停用腐蚀，以免炉管金属表面上有腐蚀物附着，还可以避免因停用腐蚀产物而增加运行时锅炉水中的含铁量。提高给水品质，使给水的腐蚀性成分尽可能地降低。选用合适的炉水处理方式，调节炉水水质。　2.3酸性腐蚀2.3.1原因在酸性水中，铁与酸反应生成铁离子并释放出氢气，同时氢原子与钢中的碳反应生成CH4，脱碳会使金属沿晶界面产生裂缝。锅炉压力在3.5MPa以上时，氢离子会快速扩散进入金属而使金属变脆而损坏。CO2与蒸汽一起流经饱和蒸汽和过热器管路、汽轮机，然后一部分被抽汽器抽走，另一部分溶入水中，形成H2CO3弱酸，H2CO3部分解析而产生H+，造成腐蚀。昀易发生CO2酸性腐蚀的部位，通常在凝汽器至除氧器之间的凝结水系统。另外，在螺牙管配件、疏水器的下部和控制阀等会发生压力突然改变和非凝结性气体浓缩的地方也会形成沟形的腐蚀。在以地表水作锅炉补给水源时，会产生无机酸腐蚀。　冷却水因冷凝器水泄漏进入锅炉后，炉水的PH值会下降，形成酸蚀。特别是以挥发性处理的炉水，腐蚀会更加严重。一般给水PH值在6～7之间时，碳钢和铜合金将会受到严重的酸蚀，并破坏保护层。　锅炉酸洗不当，也会造成酸蚀。　水处理树脂再生异常，酸泄入炉水中造成酸蚀。　炉水中Na和PO4比例偏低。　2.3.2防治方法装设水质连续监控设备，随时掌握水质的变化情况，以便及时采取必要的措施。添加中和胺等，抑制酸性腐蚀的发生。控制Na和PO4比例，防止酸性腐蚀。PH和磷酸盐的控制见图3。2.4碱性腐蚀2.4.1原因游离碱会在多孔性沉积物和炉管金属表面间浓缩，过渡浓缩的碱会溶解金属保护膜而形成铁酸根与次铁酸根离子的混和物。此碱腐蚀特别容易发生在传热量较大的地方和沉积物下。碳钢与水接触PH值在8.5～10.3时，一般不会产生碱性腐蚀见图4。2.4.2防治方法严格控制PH/PO4比例；使用适当的分散剂，以分散沉积物的产生；控制炉水游离碱，防止局部高浓度的游离碱的产生。2.5碱性脆化2.5.1原因碳钢在氢氧化钠的水溶液中产生的应力腐蚀，使金属本身产生裂纹，发生脆性断裂，大多数汽包锅炉的水冷壁和联箱是用低碳钢制造。运行时，如果在水冷壁和联箱局部位置出现游离浓碱，同时又受到拉力作用，就会产生碱脆。形成碱性脆化的主要原因：锅炉水中含有游离NaOH；锅炉水产生局部浓缩。如胀接或铆接的锅炉，在胀接口或铆接处可能有不严密的地方，因而发生水质局部浓缩；受拉力作用；晶粒间含有杂质；不正常的焊接造成应力。2.5.2防治方法　锅炉用焊接代替铆接或胀接；保护锅炉水相对碱度小于0.2（相对碱度=游离NaOH量/总含盐量）；选择合理的锅内水处理方法，协调PH和PO4的量。2.6铜氨错化合物腐蚀2.6.1原因在PH值8.3以上且含有溶解氧的情况下，氨会侵蚀以铜合金为材质的冷凝管，见图5。氨的来源主要有两方面：　第一，脱氧剂。如N　2H　4，在205℃下热分解，在330℃完全分解第二，中和胺。如吗啉、环已胺等，其热安定性见表2，其试验条件为给水胺浓度以34ppm，添加且以100%补给水（无回收冷凝水条件下）。2.6.2防治方法控制脱氧剂有适当的残余量，以确保无溶解氧的存在，且上述反应不会发生。选择热安定性好的脱氧剂及中和胺，在饱和蒸汽中控制游离氨在0.3ppm以下。2.7停用腐蚀2.7.1原因锅炉停用时如不采取有效的保护措施，锅炉水侧的金属表面会发生严重的停用腐蚀。产生停用腐蚀的原因主要有以下几个方面：外界空气大量进入锅炉；锅炉含有部分无法排尽的水；水汽系统内湿度过大，金属表面形成水膜。2.7.2防治方法　阻止空气进入锅炉水汽系统内部。如采用充氮法、保护蒸汽压力法等。降低水汽系统内部的湿度。如采用烘干法、干燥剂法等。加缓蚀剂，使金属表面生成保护膜，或者加除氧剂，除去水中的溶解氧。2.8冲击腐蚀2.8.1原因在冷凝水管中汽水混合流动速度变化激烈而在弯头处冲刷管壁，引起冲刷处管壁变薄而导致破裂。水流流速高、流动紊乱和不断形成湍流区的局部位置。除氧器位置太低，高温水经给水泵会瞬间气化，汽泡会使给水泵产生麻点般的穴蚀。2.8.2防治方法在设计上尽可能地减少弯头数和湍流区，改善除氧器和给水泵的位置。3结束语　　高压锅炉水侧腐蚀的成因错综复杂，如何做好高压锅炉水侧腐蚀的防治，需要结合锅炉的设计和运行工况，综合分析腐蚀的根源，从溶解氧、PH值、水溶液氧化还原电位、流速、温度、热负荷、水质、应力、金属材料等诸方面着手，拟定一套行之有效的防治措施，才能确保高压锅炉的安全、稳定、经济运行。　参考文献1.李培元，钱达中，等．锅炉水处理．湖北科学技术出版社，1989。2.王吉卿．热力设备的腐蚀与保护．北京：水利电力出版社，1988。3.李培元．火力发电厂水处理及水质控制．中国电力出版社，2000。4.KaiguangSpecialPublication(开广特刊)：Volume56，1998。