試論鍋爐爐管腐蝕的基本原因及應(yīng)采取的對(duì)策

摘 要 鍋爐爐管腐蝕是一個(gè)化學(xué)或電化學(xué)過(guò)程。爐管腐蝕簡(jiǎn)單地說(shuō)分為管內(nèi)腐蝕和管外腐蝕，其各有不同的分類和對(duì)策。

關(guān)鍵詞 鍋爐 水管腐蝕 基本原因 對(duì)策

爐管腐蝕是一個(gè)化學(xué)或電化學(xué)過(guò)程，可分為管內(nèi)腐蝕（這里特指水管鍋爐，對(duì)于火管鍋爐，應(yīng)理解為“水”側(cè)）和管外腐蝕（對(duì)火管鍋爐應(yīng)理解為“火”側(cè)腐蝕）兩大類。管內(nèi)腐蝕又可分為汽水腐蝕、堿腐蝕、酸腐蝕、氣體腐蝕和氫脆等；管外腐蝕有灰致腐蝕、還原性氣氛腐蝕、露點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕等之分。

一、管內(nèi)腐蝕

（一）汽水腐蝕

汽水腐蝕是由于金屬鐵被水蒸汽氧化而發(fā)生的一種化學(xué)腐蝕。其特征是均勻腐蝕。過(guò)熱蒸汽在450℃時(shí)，可直接與鐵發(fā)生下列反應(yīng)：

3Fe+4H20→Fe304+4H2↑

當(dāng)溫度為570℃以上時(shí)，其反應(yīng)生成物為Fe203：

Fe+H20-*FeO+H2↑

2FeO+H20-+Fe203↑

防止汽水腐蝕的方法有：消除傾斜角度較小的蒸發(fā)段，確保水循環(huán)正常。對(duì)于熱溫度較高的過(guò)熱器，應(yīng)采用耐熱、耐腐蝕性能較好的合金鋼管等。

（二）堿腐蝕

堿腐蝕是通過(guò)強(qiáng)堿的化學(xué)作用，使管內(nèi)壁面的Fe304保護(hù)膜遭到破壞，而后使金屬基體遭到進(jìn)一步氧化的一種化學(xué)腐蝕。

爐水的酸堿性應(yīng)由添加HCL和NaOH來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)pH值保持在10～11時(shí)，鐵的腐蝕速率變得很小。如果pH值保持在13以上，就會(huì)發(fā)生較嚴(yán)重的堿腐蝕。堿腐蝕與水處理方法的關(guān)系很大，氫氧化鈉處理法是添加NaOH，將pH值保持在10～11左右，并用磷酸三鈉來(lái)除去硬度的方法。該方法的缺點(diǎn)是固體物質(zhì)較多，附著于管內(nèi)表面，造成堿濃縮，產(chǎn)生堿腐蝕的危險(xiǎn)很大。調(diào)整磷酸處理法是添加磷酸三鈉，將pH值保持在10～10.5之間的方法。為了防止形成游離堿，應(yīng)將Na+與P043-的比例保持在3以下，倘若添加過(guò)量的磷酸鈉，則會(huì)在管壁的過(guò)熱區(qū)析出磷酸鹽。爐管局部過(guò)熱，將會(huì)導(dǎo)致NaOH在該處濃縮。防止堿腐蝕要從防止?fàn)t管局部過(guò)熱和降低爐水中NaOH濃度兩方面入手。鍋爐及時(shí)排污，可減輕堿腐蝕。另外，防止?fàn)t水受到堿性再生劑的污染，也是需要注意的方面。

（三）酸腐蝕

當(dāng)濃縮爐水含有較多的MgCl2和Ca02，這兩種化合物會(huì)與水作用生成鹽，使?fàn)t水中氫離子的濃度增加。軟化裝置中酸性再生以及冷卻塔的污染，酸性清洗后的殘留液，都會(huì)使?fàn)t水酸化，發(fā)生如下酸腐蝕：

2H++Fe0→Fe2++H2↑

酸腐蝕一般發(fā)生在疏松的垢層下，熱流密度較大和汽膜形成的區(qū)域。其特征是被腐蝕的爐管表面出現(xiàn)與堿腐蝕類似的麻點(diǎn)和凹坑，但由于Fe203不溶于酸性介質(zhì)，故在酸腐蝕的爐管表面會(huì)出現(xiàn)紅色氧化層（Fe203）。

防止汽膜形成和表面結(jié)垢，防止?fàn)t水污染，及時(shí)消除酸性殘液，可以減輕酸腐蝕。

（四）氣體腐蝕

鍋爐給水中如含有較多的氧和二氧化碳?xì)怏w，就會(huì)使?fàn)t管發(fā)生電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是在金屬表面形成若干微電池的結(jié)果。在微電池的陽(yáng)極，鐵失去電子，F(xiàn)e2+的形式溶于水中，電子則留在金屬表面。當(dāng)爐水中含有氫、氧、二氧化碳等陽(yáng)離子時(shí)，這些陽(yáng)離子極易接受電子，金屬表面上的電子會(huì)從微電池的陽(yáng)極流向陰極，在陽(yáng)極處與爐水中的陽(yáng)離子結(jié)合而消失。于是，微電池陽(yáng)極處的電平衡遭到破壞：使Fe2+繼續(xù)溶入水中，從而使該處的金屬不斷遭到腐蝕。

此外，氧還能將溶于水中的Fe（OH）2氧化，生成Fe（OH）3沉淀，從而加快腐蝕。

防止方法是在鍋爐給水中盡量除掉C02氣體及碳酸化合物。

二、管外腐蝕

（一）灰致腐蝕

灰致腐蝕是在高溫條件下，爐灰中形成的一些低熔點(diǎn)化合物，凝結(jié)在爐管表面而形成熔融層，破壞了原有的氧化層保護(hù)膜，從而加速了爐管材料的氧化過(guò)程?；抑赂g是過(guò)熱器和再熱器等高溫爐管常見(jiàn)的腐蝕形式。對(duì)于燃油鍋爐，重油中所含的釩附著在過(guò)熱器或再熱器等高溫爐管上，形成低熔點(diǎn)化合物而腐蝕鋼（稱為釩腐蝕）。其氧化機(jī)理如下：

2Fe+2V205

→Fe203+3V2Fe203+2V205→2FeV046V204+302→6V205

金屬表面附著的熔融狀態(tài)的釩化合物，將外界提供給的氧向金屬表面輸送，使金屬不斷氧化，生成的氧化物不斷被破壞，形成多孔物質(zhì)而促進(jìn)氧的供給。防止灰致腐蝕，應(yīng)從控制爐管溫度、提高凝結(jié)物熔點(diǎn)、控制煙氣中氧含量、爐管表面處理和選材等方面考慮?？紤]到煙灰凝結(jié)在金屬表面，生成低熔點(diǎn)化合物而加速氧化，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須適當(dāng)保持管壁溫度，運(yùn)行時(shí)必須防止?fàn)t管超溫。加入高熔點(diǎn)的化合物，可使金屬表面凝結(jié)物的熔點(diǎn)上升。此外，降低過(guò)?？諝獗壤?，可以遏止V2S05的形成，對(duì)爐管進(jìn)行擴(kuò)散滲透處理。例如，滲硅或滲鋁等，可以提高其抗灰致腐蝕的能力。

（二）還原性氣氛腐蝕

水冷壁爐管易受到還原性氣氛腐蝕。在還原性氣氛中會(huì)形成高溫硫酸化合物（如Na2S207和K2S20NaS07），這些在高溫下氣化后的硫酸化合物遇到水冷壁爐管后，在其表面液化，從而將爐管表面的氧化層保護(hù)膜溶解，使?fàn)t管遭到不斷的氧化腐蝕。還原性氣氛腐蝕見(jiàn)于水冷壁爐管的頂部區(qū)域。煙灰中碳含量增高，說(shuō)明燃燒不完全，存在還原性氣氛。對(duì)于還原性氣氛腐蝕，應(yīng)在鍋爐燃燒設(shè)計(jì)時(shí)予以重視。另外，爐管的選材和表面處理，也是減輕和防止還原性氣氛腐蝕的一個(gè)途徑。

（三）露點(diǎn)腐蝕

燃油鍋爐的重油中通常含有2%～3%的硫，由于燃燒而生成二氧化硫氣體，這樣，在煙氣中就會(huì)有約0.2%的S02，其中1%～2% S02受灰分和金屬氧化物等的催化作用而生成三氧化硫（S03），它再與燃燒氣體中所含的水分（約5qo_lO%）結(jié)合生成硫酸，在處于露點(diǎn)以下的金屬表面凝結(jié)并腐蝕金屬（即所謂硫酸露點(diǎn)腐蝕）。

要想從根本上解決硫酸露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題，就必須減少燃燒中的硫分來(lái)抑制硫酸的生成。為此，應(yīng)使用含硫量在0.5%以下的燃油，或采取經(jīng)精煉脫硫后的低硫重油。其次，降低過(guò)?？諝饬恳部梢砸种芐03的生成。為此，就需在燃燒器設(shè)計(jì)中給予充分考慮。加入能與S03化合而形成非腐蝕性化合物的物質(zhì)。例如，把氫氧化鎂制成濃度為12%的漿狀水溶液，注入燃油中混合使用，或把NH3混入適量的空氣中，用氣體注入法，對(duì)防止腐蝕有明顯效果。氫氧化鎂注入后還能降低煤塵量，以緩和低過(guò)?？諝庀碌倪\(yùn)行所帶來(lái)的問(wèn)題。

（四）應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕（或稱應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂）是指金屬在特定腐蝕介質(zhì)和一定水平拉應(yīng)力的同時(shí)作用下發(fā)生的脆性開(kāi)裂。應(yīng)力腐蝕必須要三個(gè)條件同時(shí)具備，即一定水平的拉應(yīng)力、特定的腐蝕介質(zhì)以及對(duì)該腐蝕介質(zhì)具有應(yīng)力腐蝕敏感的鋼材。爐管在內(nèi)壓以及熱應(yīng)力、焊接殘余應(yīng)力等的作用下，會(huì)具備一定水平的拉應(yīng)力條件。多數(shù)鋼材在氯離子及氫氧根離子環(huán)境中都會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕。防止應(yīng)力腐蝕應(yīng)從應(yīng)力、介質(zhì)及材料三方面考慮。應(yīng)盡量消除焊接殘余應(yīng)力，防止熱應(yīng)力的疊加，降低拉應(yīng)力水平。

綜上，由于爐管處于非常特殊的運(yùn)行環(huán)境，只有充分認(rèn)識(shí)這些腐蝕的起因，才能采取有效的預(yù)防措施，使?fàn)t管免遭腐蝕破壞。

（作者單位為吉林省三岔子林業(yè)局）

[作者簡(jiǎn)介：劉曉彥，吉林白山人。]