鍋爐防腐問題研究

孟慶軍

（黑龍江省寧安市檢驗(yàn)檢測(cè)中心，黑龍江 寧安 157400）

1 鍋爐腐蝕特征與現(xiàn)狀

1.1 鍋爐腐蝕的原因

腐蝕一詞是指材料在周圍環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用下發(fā)生的破壞。從腐蝕的觀點(diǎn)來看，鍋爐僅僅是一層鋼支承著的磁性氧化鐵薄膜。鍋爐腐蝕控制主要取決于這層薄的、均勻的、附著牢固的保護(hù)膜的生成和維持。水中溶解過多的氧及氫離子、氫氧根離子均能部分或全部破壞已生成的保護(hù)膜使金屬發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。

1.2 鍋爐腐蝕的危害性

腐蝕會(huì)嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行的安全性和使用壽命，其主要危害為：

第一、產(chǎn)生腐蝕后，鍋爐的省煤器、水冷壁、對(duì)流管束、鍋筒等金屬構(gòu)件遭到破壞而變薄，或局部點(diǎn)狀腐蝕而凹陷甚至穿孔。嚴(yán)重的腐蝕會(huì)使金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞而強(qiáng)度顯著降低發(fā)生爆管。這都會(huì)縮短鍋爐的使用年限，或需停爐停產(chǎn)進(jìn)行修復(fù)。

第二、若鍋筒發(fā)生苛性脆化，會(huì)引起鍋爐爆炸。

第三、金屬腐蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)入水中，使水中雜質(zhì)增多，又加劇受熱面上的結(jié)垢過程。含有高價(jià)鐵的水垢，容易引起垢下金屬鐵的腐蝕，而鐵的腐蝕又容易重新結(jié)成水垢。這種惡性循環(huán)會(huì)迅速導(dǎo)致爆管事故。

1.3 鍋爐防腐技術(shù)現(xiàn)狀

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2007年全國(guó)在用鍋爐總臺(tái)數(shù)54.41萬臺(tái)。因此，控制鍋爐腐蝕提高設(shè)備安全性的任務(wù)格外艱巨。通過對(duì)鍋爐腐蝕的研究，特別是氧氣對(duì)腐蝕影響的研究，為人們提供了一系列解決鍋爐腐蝕的方式方法。通常可以分為除氧器法，除氧劑法和緩蝕劑法。

2 除氧器法和除氧劑法防腐技術(shù)

2.1 除氧器是一類能夠從水中除去氧氣的設(shè)備，種類繁多，大致可分為以氣體融解定律為基礎(chǔ)的熱力除氧器、真空除氧器、解析除氧器，類似于離子交換的氧化還原除氧器，利用氧和鐵發(fā)生腐蝕反應(yīng)的鋼屑除氧器等。

2.2 除氧劑是一類能夠從水中除去溶解氧的物質(zhì)。作為有代表性的腐蝕控制方法之一，除氧劑廣泛用于鍋爐水處理、油田水處理、污水處理以及許多化工過程的工藝用水處理中，以防止水中溶解氧對(duì)金屬的腐蝕。

最常用的除氧劑是亞硫酸鹽。亞硫酸鈉不但可作為運(yùn)行鍋爐除氧劑，而且還可作為停用鍋爐保護(hù)劑。

工業(yè)上廣泛使用的另一種化學(xué)除氧劑是水合聯(lián)氨。水合聯(lián)氨能與溶解氧反應(yīng)生成氮?dú)夂退?，除氧效果?yōu)于亞硫酸鈉，廣泛用于高壓鍋爐給水除氧，作為機(jī)械除氧的輔助措施。

3 緩蝕劑法防腐技術(shù)

3.1 緩蝕劑的定義

緩蝕劑是用于腐蝕環(huán)境中抑制金屬腐蝕的添加劑，又稱腐蝕抑制劑或阻蝕劑。目前緩蝕劑尚無統(tǒng)一的定義，美國(guó)實(shí)驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)《關(guān)于腐蝕和腐蝕術(shù)語(yǔ)的標(biāo)準(zhǔn)定義》(ASTM-G15：76)對(duì)緩蝕劑的定義為“：緩蝕劑是一種當(dāng)它以適當(dāng)?shù)臐舛群托问酱嬖谟诃h(huán)境(介質(zhì))時(shí)，可以防止或減緩腐蝕的化學(xué)物質(zhì)或復(fù)合物?！?/p>

3.2 緩蝕劑的特點(diǎn)：

第一、基本上不改變腐蝕環(huán)境，就可獲得良好的防腐蝕效果。

第二、可基本不增加設(shè)備投資，操作簡(jiǎn)便，見效快。

第三、對(duì)于腐蝕環(huán)境的變化，可以通過相應(yīng)改變緩蝕劑的種類或濃度來保證防腐蝕效果。

第四、同一配方的緩蝕組分有時(shí)可以同時(shí)防止多種金屬在不同腐蝕環(huán)境中的腐蝕破壞。

第五、緩蝕劑可以作為一種化學(xué)品單獨(dú)使用也可以作為添加劑使用。

3.3 緩蝕劑在鍋爐貯運(yùn)過程中的應(yīng)用

在鍋爐貯運(yùn)過程中，經(jīng)常會(huì)受到大氣中水分、氧氣和腐蝕性氣體的作用而遭受大氣腐蝕。金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)械、工具、儀器等都會(huì)遭受大氣腐蝕。緩蝕劑法是最重要的防止金屬大氣腐蝕的方法。防止鐵基合金的腐蝕又稱防銹，鐵基合金的緩蝕劑又稱防銹劑。根據(jù)保護(hù)對(duì)象的不同，緩蝕劑既可直接使用，又可以其他材料為載體，制成防銹紙、防銹油、防銹脂、防銹漆等使用。

3.4 緩蝕劑在鍋爐運(yùn)行期間的應(yīng)用

3.4.1 氧腐蝕緩蝕劑

高壓鍋爐一般使用聯(lián)氨類物質(zhì)。聯(lián)氨的優(yōu)點(diǎn)在于熱分解產(chǎn)物和除氧反應(yīng)產(chǎn)物都是揮發(fā)性的，既不會(huì)增加水中固態(tài)物含量，也不會(huì)在蒸汽冷凝時(shí)造成腐蝕。聯(lián)氨在水中和氧的反應(yīng)非常緩慢，一部分聯(lián)氨和氧共存，可以采用加入催化劑的方法加速聯(lián)氨和氧的反應(yīng)。

重鉻酸鹽和亞硝酸鈉也曾被采用來防止運(yùn)行鍋爐的氧腐蝕。它們的作用是使金屬表面鈍化，能在不除氧的情況下防止鍋爐的腐蝕。但是，由于它們?cè)诟邷叵履芤鸾饘賴?yán)重局部腐蝕以及加量不足時(shí)可能引起孔蝕而沒有繼續(xù)采用。

3.4.2 堿腐蝕緩蝕劑

堿腐蝕曾是鍋爐的一大危害，特別是脹接和鉚接鍋爐，破壞事例很多。隨著水處理方法和鍋爐設(shè)計(jì)的改進(jìn)，由堿引起的應(yīng)力腐蝕破裂事故已大大減少。但由于堿在垢下、水線等處濃縮所引起的腐蝕仍然存在。一種獲得廣泛應(yīng)用的防止堿腐蝕的方法是調(diào)和磷酸鹽法。該法是根據(jù)磷酸三鈉的水解反應(yīng)：Na3PO4+H2O→Na2HPO4+NaOH調(diào)整鍋水的化學(xué)成分，消除游離氫氧化鈉而防止堿腐蝕。

3.4.3 蒸汽凝結(jié)水系統(tǒng)緩蝕劑

常見的蒸汽凝結(jié)水系統(tǒng)中鋼和銅的腐蝕是由二氧化碳和氧引起的，可用環(huán)己胺、嗎琳等揮發(fā)性緩蝕劑。將環(huán)己胺或嗎琳投入鍋爐給水中，它們就會(huì)和蒸汽一道揮發(fā)，溶解于凝結(jié)水中。當(dāng)凝結(jié)水中含有緩蝕劑1～2mg/L時(shí)，鋼和銅的腐蝕會(huì)大大減輕。在大多數(shù)情況下,兩種緩蝕劑的濃度保持較低不會(huì)加速銅的腐蝕，其中尤以嗎琳為好。兩種胺都是鋼的陽(yáng)極性緩蝕劑，能夠中和二氧化碳、提高凝結(jié)水的 pH值，因而習(xí)慣上稱它們?yōu)椤爸泻桶贰薄?/p>

更有效的凝結(jié)水系統(tǒng)緩蝕劑是一些分子量大的直鏈烷基胺，最常用的是十八烷胺。將其加入蒸汽管線中，使之在凝結(jié)水中的含量為 1mg/L，即可有效地保護(hù)鋼和銅免遭腐蝕。這類胺是吸附型緩蝕劑，能夠在金屬表面形成疏水性的吸附膜，將金屬與腐蝕介質(zhì)隔開。因此．這類胺習(xí)慣上稱為“膜胺”。

3.5 緩蝕劑在鍋爐停用備用期間的應(yīng)用

普遍認(rèn)為，鍋爐設(shè)備在停用和備用期間的腐蝕甚至比運(yùn)行時(shí)的腐蝕更嚴(yán)重。傳統(tǒng)的停用備用保護(hù)方法是干法和濕法。前者是從系統(tǒng)中除去水，后者是從系統(tǒng)中除去氧。但是，由于實(shí)施過程比較復(fù)雜難以達(dá)到技術(shù)條件，實(shí)行了保護(hù)而仍然發(fā)生腐蝕的事例很多。中國(guó)近年來用TH901法對(duì)停用備用鍋爐進(jìn)行防腐。TH901是一種專用緩蝕劑，只要按一定工藝將其放入設(shè)備，它就能揮發(fā)到整個(gè)金屬表面使干凈金屬和垢下金屬都得到有效保護(hù)。

3.6 緩蝕劑在鍋爐清洗過程中的應(yīng)用

鍋爐使用前和在運(yùn)行一段時(shí)間之后往往需要清洗，緩蝕劑是保證化學(xué)清洗安全的關(guān)鍵。中性清洗劑由具有濕潤(rùn)、分散、乳化和增溶作用的表面活性劑、緩蝕劑及水等組成。堿性清洗劑由氫氧化鈉、碳酸鈉、硅酸鈉、磷酸三鈉等堿性化合物及表面活性劑、緩蝕劑和水等組成。酸性清洗藥劑由鹽酸、硫酸、磷酸、硝酸、氯氟酸、氨基磺酸、草酸、檸檬酸、羥基乙酸等無機(jī)酸或有機(jī)酸及緩蝕劑和水等組成。鰲合清洗劑由 EDTA等鰲合劑、緩蝕劑和水組成，溶液多為中性或堿性。有機(jī)溶劑包括全氯乙烯、三氯乙烯、二甲苯、汽油、煤油、柴油、松節(jié)油、丙酮、二氯甲烷、二氯乙烷等等，向其中加人緩蝕劑即可制成清洗劑。

結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，鍋爐防腐技術(shù)必將日益完善，緩蝕劑依托其較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性將會(huì)得到更廣泛的使用，在鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中發(fā)揮更重要的作用。

[1]郭奎建.2007年全國(guó)特種設(shè)備安全監(jiān)察工作統(tǒng)計(jì)與分析[J].中國(guó)特種設(shè)備安全，2008.24（5），33-36.

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