汽包鍋爐省煤器管腐蝕程度大于水冷壁管的原因探討

王玉琴

摘要：在鍋爐運(yùn)行中，金屬的腐蝕會(huì)給鍋爐安全運(yùn)行帶來很大影響，所以了解金屬所在位置水汽介質(zhì)特點(diǎn)，腐蝕成因以及腐蝕特征，采取必要措施規(guī)避這些問題帶來的危害很有必要。

Abstract： In boiler operation， corrosion of metal will have a great impact on the safe operation of the boiler. Therefore， it is necessary to know the characteristics of the water vapor medium at the location of the metal， the cause of corrosion and the corrosion characteristics， and take necessary measures to avoid the hazards caused by these problems.

關(guān)鍵詞：氧腐蝕;二氧化碳腐蝕;介質(zhì)濃縮腐蝕;原因;處理措施

Key words： oxygen corrosion;carbon dioxide corrosion;medium concentrated corrosion;cause;treatment

中圖分類號(hào)：TK22? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）33-0060-03

1? 系統(tǒng)概述

發(fā)電機(jī)組主水汽循環(huán)系統(tǒng)主要包括凝汽器、凝結(jié)水泵、凝結(jié)水凈化（精處理設(shè)備）、低壓加熱器、除氧器、給水泵、高壓加熱器、省煤器、鍋爐本體（汽包、水冷壁管和下降管）、過熱器、中間再熱式機(jī)組的再熱器、汽輪機(jī)以及各種輸送水和蒸汽的管道，以及爐外水處理系統(tǒng)、補(bǔ)給水管道和冷卻水系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。

給水系統(tǒng)位于除氧器和鍋爐之間，涵蓋了給水泵、高壓加熱器和省煤器及其管道。

汽包鍋爐中的水在汽包、水冷壁管、聯(lián)箱和下降管這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。給水在省煤器內(nèi)升溫后進(jìn)入汽包，再由下降管經(jīng)下聯(lián)箱到達(dá)水冷壁管，在這個(gè)過程中水蒸發(fā)成為汽水混合物后又回到汽包中。汽包負(fù)責(zé)將這些汽水混合物進(jìn)行汽水分離，分離出的叫飽和蒸汽，飽和蒸汽進(jìn)入過熱器內(nèi)被加熱成過熱蒸汽，過熱蒸汽去往汽輪機(jī)，分離出的水則進(jìn)入下降管，和新加入的給水一起重復(fù)這個(gè)過程。

2? 熱力設(shè)備所接觸水汽介質(zhì)的特點(diǎn)與腐蝕程度影響因素

主水汽循環(huán)系統(tǒng)包含的水、汽有凝結(jié)水、疏水、給水、爐水、飽和蒸汽、過熱蒸氣等。這些水汽的腐蝕性與其pH值、所含離子種類和數(shù)量、溶解氧含量、溫度和壓力等因素密切相關(guān)。

省煤器管的內(nèi)側(cè)和外側(cè)分別接觸的是給水和鍋爐煙氣。在給水系統(tǒng)中水溫隨流程逐漸升高，給水的pH值與含氧量隨給水的水化學(xué)工況變化。給水一般不會(huì)出現(xiàn)鹽類在水中析出，進(jìn)而在管壁上形成沉積物，但是，由于水中存在一定量的溶解氧和游離二氧化碳，給水系統(tǒng)的金屬可能發(fā)生氧腐蝕和二氧化碳腐蝕，使鐵銅含量明顯增加。所以給水的水質(zhì)直接決定了省煤器管的垢下腐蝕程度。

水冷壁管熱負(fù)荷較高，可以直接產(chǎn)生蒸汽。由于在蒸發(fā)區(qū)鍋爐水和飽和蒸汽并存，從而使鍋爐水有被局部濃縮的可能，進(jìn)而使水冷壁產(chǎn)生局部腐蝕，一般把這種情況稱為介質(zhì)濃縮腐蝕，發(fā)生腐蝕的主要部位一般在沉積物下面、縫隙內(nèi)部和有汽水分層的部位，一般是熱負(fù)荷較高的位置。一般這種腐蝕的程度與鍋爐水的處理方式、爐管表面狀態(tài)、給水成分、熱負(fù)荷、鍋爐運(yùn)行方式、水循環(huán)狀況以及鍋爐結(jié)構(gòu)等多個(gè)方面的因素有關(guān)。

3? 原因分析

3.1 氧腐蝕與二氧化碳腐蝕

在熱力設(shè)備腐蝕中，氧腐蝕較為常見。在安裝、運(yùn)行和停運(yùn)期間，設(shè)備都可能發(fā)生氧腐蝕，而在鍋爐運(yùn)行和停運(yùn)期間尤為嚴(yán)重。鋼鐵在水中發(fā)生氧腐蝕時(shí)，其表面會(huì)形成許多小鼓包。這些鼓包大小差別很大，直徑從1mm到20、30mm不等。鼓包表層的顏色一般呈黃褐色、磚紅色或者黑褐色，里層則是呈黑色粉末狀的次生腐蝕產(chǎn)物。當(dāng)除去這些腐蝕產(chǎn)物之后，就可以看到一些腐蝕坑，呈“潰瘍”狀。凡是有溶解氧的部位，都有可能發(fā)生氧腐蝕。我們?cè)诖笮蕻?dāng)中發(fā)現(xiàn)的鍋爐省煤器管內(nèi)產(chǎn)生的垢下針狀腐蝕，是由于水中的含氧量不足以在金屬表面形成致密的四氧化三鐵腐蝕產(chǎn)物，而是形成了疏松的三氧化二鐵，在給水高流速情況下，腐蝕產(chǎn)物被沖刷掉，留下針狀腐蝕坑，其實(shí)就是典型的氧腐蝕。氧腐蝕的程度也與多種因素有關(guān)，比如溶解氧濃度、水的pH值、水溫、水中離子成分以及水的流速等等。

水中游離二氧化碳導(dǎo)致的析氫腐蝕也叫二氧化碳腐蝕。當(dāng)用化學(xué)除鹽水作為鍋爐補(bǔ)給水時(shí)，由于水中殘留堿度較小，所以給水中少量的二氧化碳就會(huì)使水的pH值明顯下降，除氧器之后的設(shè)備就會(huì)遭受二氧化碳腐蝕。金屬的材質(zhì)、游離二氧化碳的含量以及水溫與流速都會(huì)影響金屬在含二氧化碳水中的腐蝕速度。

如果水中除了有溶解氧，同時(shí)還有游離的二氧化碳，則腐蝕將更加嚴(yán)重。這時(shí)金屬在遭受氧腐蝕的同時(shí)還會(huì)遭受二氧化碳腐蝕，另外由于二氧化碳的存在，水呈酸性，不僅會(huì)破壞原來的保護(hù)膜，而且也會(huì)對(duì)新保護(hù)膜的形成造成影響，使氧腐蝕更加嚴(yán)重。這種情況下，有腐蝕坑，但是表面卻沒有或少有腐蝕產(chǎn)物。一般在凝結(jié)水系統(tǒng)、給水系統(tǒng)中會(huì)有這種情況發(fā)生。

3.2 介質(zhì)濃縮腐蝕

鍋爐運(yùn)行時(shí)，介質(zhì)（鍋爐水）局部濃縮而使水冷壁管產(chǎn)生的一種局部腐蝕叫介質(zhì)濃縮腐蝕。這種腐蝕只有在介質(zhì)濃縮時(shí)才有可能發(fā)生，一般在水冷壁管的沉積物下面、縫隙內(nèi)部和有汽水分層的部位。發(fā)生介質(zhì)濃縮腐蝕時(shí)，金屬表面往往覆蓋有沉積物。沉積物狀態(tài)不穩(wěn)定，有的比較松軟，有的比較堅(jiān)硬，有的比較多孔，有的比較致密。

鍋爐遭受介質(zhì)濃縮腐蝕后，會(huì)有兩種不同的形態(tài)。一般當(dāng)介質(zhì)局部濃縮產(chǎn)生濃堿時(shí)，容易出現(xiàn)延性損壞，爐管減薄且表面凹凸不平，到達(dá)極限時(shí)會(huì)發(fā)生爆管。當(dāng)介質(zhì)局部濃縮產(chǎn)生酸時(shí)，易出現(xiàn)脆性損壞，爐管表面出現(xiàn)腐蝕坑，爐管厚度也會(huì)減薄，由于存在脫碳和氫脆，在管壁厚度減薄到極限厚度之前，爐管就發(fā)生破裂。鍋爐介質(zhì)濃縮腐蝕影響因素較多，比如鍋爐水處理方式、爐管表面狀態(tài)、給水成分、熱負(fù)荷、鍋爐運(yùn)行方式、水循環(huán)狀況以及鍋爐結(jié)構(gòu)等。

在大修割管后，實(shí)驗(yàn)室酸洗管段時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)向火側(cè)爐管的垢下會(huì)有腐蝕坑存在。這就是介質(zhì)濃縮腐蝕的結(jié)果。

3.3 省煤器腐蝕程度大于水冷壁介質(zhì)濃縮腐蝕程度的原因探討

3.3.1 水冷壁不會(huì)發(fā)生氧腐蝕

介質(zhì)中存在溶解氧是金屬發(fā)生氧腐蝕的根本原因。只要有溶解氧的部位就可能發(fā)生氧腐蝕。腐蝕程度隨著水質(zhì)條件（氧濃度、溫度等）的不同而不同。在除氧水工況下，氧腐蝕就主要發(fā)生在高壓給水管道、省煤器等部位，因其溫度較高。而當(dāng)除氧器正常運(yùn)行時(shí)，給水中的氧一般在省煤器中就耗盡了，所以鍋爐本體不會(huì)遭受氧腐蝕。但是在汽包鍋爐的除氧器運(yùn)行不正常，或者新安裝的除氧器沒有調(diào)整好的情況下，溶解氧就會(huì)進(jìn)入鍋爐本體，使汽包和下降管遭受腐蝕。由于水冷壁管內(nèi)一般不可能有溶解氧，水冷壁一般不發(fā)生氧腐蝕。鍋爐運(yùn)行時(shí)，省煤器入口段的氧腐蝕一般比較嚴(yán)重。

金屬表面保護(hù)膜的完整性決定了熱力設(shè)備運(yùn)行時(shí)是否發(fā)生氧腐蝕。水中的溶解氧濃度，水的pH，水溫，水中的離子成分還有水的流速等水的環(huán)境因素都會(huì)影響設(shè)備運(yùn)行氧腐蝕的程度。另外，設(shè)備在停運(yùn)期間水汽系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)入大量氧氣，再加上金屬表面潮濕，極易形成點(diǎn)狀氧腐蝕。鍋爐運(yùn)行時(shí)，省煤器出口腐蝕較輕，入口腐蝕較重，而在停爐時(shí)，整個(gè)省煤器都會(huì)發(fā)生腐蝕，而且出口處比較嚴(yán)重。鍋爐運(yùn)行時(shí)，如果除氧器運(yùn)行工況顯著惡化，氧腐蝕會(huì)擴(kuò)展到汽包和下降管，而水冷壁管是不會(huì)發(fā)生氧腐蝕的，停爐時(shí)，汽包、下降管、水冷壁管均會(huì)遭受氧腐蝕。

3.3.2 省煤器的腐蝕與水冷壁的腐蝕是兩種腐蝕

省煤器的腐蝕主要是氧腐蝕和二氧化碳腐蝕，水冷壁的腐蝕主要是介質(zhì)濃縮腐蝕，兩個(gè)部位發(fā)生的腐蝕，形成條件不同，腐蝕機(jī)理不同，腐蝕特征不同。

3.3.3 省煤器腐蝕程度大于水冷壁介質(zhì)濃縮腐蝕程度的原因探討

氧腐蝕的程度與多種因素有關(guān)，比如溶解氧濃度、水的pH值、水溫、水中離子成分以及水的流速等等。金屬在含二氧化碳的水中的腐蝕速度則與金屬的材質(zhì)、游離二氧化碳的含量以及水溫與流速有關(guān)。鍋爐介質(zhì)濃縮腐蝕的影響因素較多，比如鍋爐水處理方式、爐管表面狀態(tài)、給水成分、熱負(fù)荷、鍋爐運(yùn)行方式、水循環(huán)狀況以及鍋爐結(jié)構(gòu)等。

由于省煤器與水冷壁的運(yùn)行環(huán)境與水化學(xué)工況有所不同，兩部位的腐蝕機(jī)理也不相同，在大修檢查中可以看到其腐蝕特征也有明顯不同，再加上運(yùn)行時(shí)水汽品質(zhì)的優(yōu)劣影響，造成兩個(gè)地方腐蝕程度有所差異。另外，如果機(jī)組短時(shí)期內(nèi)頻繁啟停不進(jìn)行停爐保護(hù)，并且次數(shù)較多，金屬表面沒有形成鍍膜保護(hù)，也會(huì)存在一定的由停爐保護(hù)不當(dāng)引起的氧腐蝕情況發(fā)生。

由此可見，優(yōu)化機(jī)組水化學(xué)工況與加強(qiáng)日常水汽品質(zhì)監(jiān)督，并積極地進(jìn)行停爐保護(hù)措施，對(duì)防止熱力系統(tǒng)的腐蝕結(jié)垢積鹽有積極作用。

4? 處理措施

生產(chǎn)中為了確保發(fā)電機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須十分重視熱力設(shè)備的腐蝕防護(hù)。對(duì)于已有設(shè)備已經(jīng)建成投入使用，材質(zhì)及設(shè)備的參數(shù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定，為了防止設(shè)備的腐蝕，主要應(yīng)抓好設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)（定期檢修）、停運(yùn)保護(hù)和合適的介質(zhì)處理（包括水汽系統(tǒng)的清潔和合理的水汽品質(zhì)調(diào)整等），優(yōu)化水化學(xué)工況。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，機(jī)組停運(yùn)后，設(shè)備內(nèi)部相對(duì)濕度小于20%時(shí)，就能避免腐蝕，另外，降低停爐后金屬表面液膜含鹽量，保持金屬表面清潔也能減小停爐時(shí)設(shè)備的氧腐蝕。設(shè)備運(yùn)行期間，不斷優(yōu)化機(jī)組水汽品質(zhì)，有效調(diào)節(jié)水中溶解氧濃度和pH值，就可以達(dá)到減輕設(shè)備金屬表面腐蝕的目的。

4.1 優(yōu)化水化學(xué)工況

在鍋爐大修時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)鍋爐省煤器管垢下腐蝕程度大于水冷壁管的腐蝕程度。為了保證給水水質(zhì)，我們從水質(zhì)調(diào)節(jié)方式上介入處理。之前我們一直采用的給水處理方式是給水還原性全揮發(fā)處理（簡(jiǎn)稱AVT（R）），在對(duì)給水進(jìn)行熱力除氧的同時(shí)，向給水中加氨以提高pH值并加還原劑聯(lián)氨進(jìn)行化學(xué)除氧，利用除氧堿性水工況，在鋼表面形成穩(wěn)定的四氧化三鐵保護(hù)膜，抑制鐵、銅的腐蝕作用，但是這種方式更有利于有銅給水系統(tǒng)中鐵、銅腐蝕的抑制。目前我廠鍋爐屬于無銅給水系統(tǒng)，其給水處理方式應(yīng)優(yōu)先選用氧化性全揮發(fā)性處理（簡(jiǎn)稱AVT（O）），在機(jī)組AVT（R）運(yùn)行正常后，除氧器排汽門根據(jù)機(jī)組運(yùn)行情況采用微開方式或全關(guān)閉定期開啟的方式，除氧器兼具加熱作用，同時(shí)停止加聯(lián)氨等除氧劑，控制給水中維持一定的溶解氧含量，在對(duì)給水進(jìn)行熱力除氧的同時(shí)，只向給水中加氨，通常這樣處理后，會(huì)減緩腐蝕，降低給水含鐵量，并且降低省煤器和水冷壁管的結(jié)垢速率。

4.2 采取必要措施減輕二氧化碳腐蝕

對(duì)于已有設(shè)備已經(jīng)建成投入使用，材質(zhì)及設(shè)備的參數(shù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定，可以從減少進(jìn)入系統(tǒng)的二氧化碳量和碳酸鹽量，以及減輕二氧化碳的腐蝕程度這些方面著手，防止或減輕水汽系統(tǒng)中游離二氧化碳對(duì)設(shè)備及管道金屬材料的腐蝕。

盡量減少汽水損失，降低系統(tǒng)的補(bǔ)給水率，作為熱電廠應(yīng)盡量設(shè)法增加回水量;提高除氧器效率，注意防止空氣漏入水汽系統(tǒng)，除氧器可以加裝再沸騰裝置，以提高除游離二氧化碳的效率;由于水中難免會(huì)含有碳酸鹽以及有空氣漏入系統(tǒng)，造成一定的二氧化碳腐蝕，可以采取向水汽系統(tǒng)加入堿化劑來中和游離二氧化碳，或者添加能在金屬表面形成保護(hù)膜的物質(zhì)，從而減輕或防止腐蝕。

4.3 采取必要措施防止介質(zhì)濃縮腐蝕

消除介質(zhì)產(chǎn)生游離堿和酸及局部濃縮的條件是防止介質(zhì)濃縮腐蝕的根本途徑。

運(yùn)行氧腐蝕、二氧化碳腐蝕和停運(yùn)腐蝕都會(huì)增加給水鐵含量，而這些腐蝕又會(huì)促進(jìn)介質(zhì)濃縮腐蝕，所以防止這些腐蝕的方法也能起到間接防止介質(zhì)濃縮腐蝕的作用。所以，防止停運(yùn)腐蝕、防止金屬氧化物在表面沉積、及時(shí)清洗結(jié)垢受熱面、減少給水的銅鐵含量以及腐蝕性成分等措施都能有效防止介質(zhì)濃縮腐蝕。

4.4 減少停爐腐蝕

通過選擇合適的停爐保護(hù)方法，優(yōu)化停爐保護(hù)試驗(yàn)，加強(qiáng)鍋爐停備用保養(yǎng)，可以達(dá)到降低停爐腐蝕的目的。

4.5 加強(qiáng)日常水汽品質(zhì)監(jiān)督

只有水汽質(zhì)量達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)才能有效地防止熱力系統(tǒng)的結(jié)垢、腐蝕和積鹽。所以在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，不斷優(yōu)化水汽品質(zhì)，減少水汽指標(biāo)異常發(fā)生率，才能有效降低金屬的結(jié)垢腐蝕。

5? 小結(jié)

在鍋爐安全事故中，由于金屬腐蝕導(dǎo)致的事故占很大的比例。由于金屬腐蝕的隱蔽性，這方面的問題又常常容易被人們忽視。所以只有找到原因和解決方法，從根本上避免腐蝕的發(fā)生，才能確保鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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