論鍋爐本體的腐蝕機理及防護

陳群

摘要：在人們的日常生活中，鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域起著不可替代的作用。鍋爐的科學(xué)合理使用關(guān)系到人民生活和經(jīng)濟發(fā)展的諸多領(lǐng)域。因此，鍋爐的安全性越來越受到重視。如果鍋爐使用不當，后果不堪設(shè)想。隨著使用時間的積累，爐體腐蝕加劇，會導(dǎo)致爐體內(nèi)壁厚度減小，存在安全隱患。本文將從工業(yè)鍋爐的使用和維護現(xiàn)狀出發(fā)，分析工業(yè)鍋爐的腐蝕機理，探討提高防護水平的有效措施。

關(guān)鍵詞：鍋爐本體;腐蝕機理;防護

鍋爐在長期使用中，如果清洗措施不當，會增加鍋爐的安全隱患。鍋爐本體發(fā)生腐蝕時，會嚴重影響鍋爐的正常使用，而工業(yè)鍋爐在使用中存在的問題也極為嚴重。工業(yè)鍋爐的防腐措施主要是從爐內(nèi)和爐外兩方面進行。

1???? 工業(yè)鍋爐本體腐蝕的基本類型和機理

根據(jù)工業(yè)鍋爐腐蝕的常見形式，可分為內(nèi)腐蝕和外腐蝕。鍋爐內(nèi)部腐蝕的原因很多，如蒸汽腐蝕、應(yīng)力腐蝕、堿腐蝕和氧腐蝕。內(nèi)腐蝕形式為多重腐蝕疊加。外腐蝕的原因比較簡單。其主要原因是鍋爐長期處于高溫環(huán)境中，與周圍的氧氣發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致金屬材料的氧化腐蝕。

就工業(yè)鍋爐本體的腐蝕機理而言，按腐蝕原因可分為電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕主要是指工業(yè)鍋爐在使用過程中，受電化學(xué)影響的外部介質(zhì)和金屬材料的變化。在這個過程中，鍋爐本體會受到腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕主要是指工業(yè)鍋爐在使用過程中，外部介質(zhì)和金屬材料的變化。

2???? 工業(yè)鍋爐本體的外部腐蝕

2.1? 工業(yè)鍋爐外部高溫腐蝕

在工業(yè)鍋爐的外部腐蝕中，高溫腐蝕是最重要的。高溫腐蝕反應(yīng)過程非常復(fù)雜。這種現(xiàn)象是由于鍋爐內(nèi)部金屬表面與高溫?zé)煔庀嗷プ饔靡鸬?。根?jù)目前工業(yè)鍋爐高溫腐蝕的研究現(xiàn)狀可知，一般熱負荷較高的區(qū)域，即壁溫相對較高的區(qū)域，通常更容易發(fā)生高溫腐蝕。其他區(qū)域的高溫腐蝕較弱，甚至沒有發(fā)生高溫腐蝕。

2.1.1????? 硫酸鹽型高溫腐蝕

國內(nèi)外學(xué)者對腐蝕性鍋爐的積灰進行了分析，發(fā)現(xiàn)灰垢中含有大量的金屬元素和硫元素。對這些元素的分析表明，它們大多以復(fù)合硫酸鹽的形式存在。在這種現(xiàn)象中，學(xué)者們普遍認為鍋爐內(nèi)的物料在燃燒過程中會形成金屬氧化物，而氧化物會與三氧化硫反應(yīng)生成堿金屬硫酸鹽。因此，鍋爐灰渣層溫度分布不均勻，會產(chǎn)生溫度梯度和溫差。受溫度梯度的影響，汽化的堿金屬會擴散到較低的溫度位置，沉積在水冷壁管內(nèi)。隨著時間的推移，沉積量會逐漸增加，最終導(dǎo)致灰層中的溫度和梯度升高，使沉積物擴散到管道表面，并在金屬第二表面的灰層中形成更多的硫酸鹽。

2.1.2????? 氯化物型高溫腐蝕

由于氯化鈉的蒸發(fā)點和熔點遠低于火焰溫度，會在短時間內(nèi)汽化，與三氧化硫等物質(zhì)反應(yīng)生成氯化氫。氯化氫的性質(zhì)比較特殊，腐蝕性比較強。鍋爐表面金屬若長期暴露在氯化氫環(huán)境中，腐蝕嚴重，將引起鍋爐安全隱患的升級，加速工業(yè)鍋爐的高溫腐蝕。

2.1.3????? 硫化物型高溫腐蝕

在還原性和氧化性環(huán)境的影響下，鍋爐將發(fā)生硫化物型高溫腐蝕。鍋爐金屬材料受元素硫和硫化氫的影響，會發(fā)生嚴重的氧化還原反應(yīng)和腐蝕。硫化物型高溫腐蝕是最常見的腐蝕現(xiàn)象，它是由于燃油中含有較多的硫元素，當暴露在高溫下時，會釋放和擴散。

2.2? 工業(yè)鍋爐低溫腐蝕

工業(yè)鍋爐的低溫腐蝕在一定程度上可以稱為煙氣腐蝕。在長期的低溫環(huán)境中，對鍋爐造成腐蝕，這種腐蝕大部分是由尾部通道內(nèi)的煙氣形成的。主要是由于氫、釩、硫等金屬損傷造成的常見表面現(xiàn)象是穿孔，以及局部沉陷或斑點。原因是煤中含有硫，燃燒后會釋放出二氧化硫。當鍋爐尾部溫度下降時，釩、鐵催化二氧化硫再氧化，生成的三氧化硫與水蒸氣結(jié)合生成硫酸蒸汽，提高鍋爐內(nèi)煙氣的露點。當鍋爐尾部溫度較低時，爐壁溫度也會低于露點溫度。硫酸蒸汽凝結(jié)迅速，形成小液滴，凝結(jié)在管壁上，引起金屬材料的酸腐蝕。

3???? 鍋爐本體的內(nèi)部腐蝕現(xiàn)象

3.1? 鍋爐的應(yīng)力腐蝕

在鍋爐內(nèi)部腐蝕中，最常見的腐蝕是應(yīng)力腐蝕。據(jù)有關(guān)資料顯示，普通金屬材料鍋爐存在應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕是指當有拉應(yīng)力時，金屬被破壞，從而損壞內(nèi)部材料。它具有強拉應(yīng)力破壞和不可恢復(fù)的特點。如果發(fā)生這種損傷，需要迅速處理。在工業(yè)鍋爐使用過程中，鍋爐最常見的應(yīng)力腐蝕機理可分為氫致開裂和陽極溶解兩種。制造工業(yè)鍋爐的金屬在腐蝕介質(zhì)和應(yīng)力的雙重作用下，腐蝕和破壞金屬表面的氧化膜，在金屬表面形成無腐蝕區(qū)和腐蝕區(qū)，金屬表面呈現(xiàn)陰極和陽極。在這個位置上，溶解的離子形成陰極，形成離子流。由于腐蝕陽極面積的減小，陽極會產(chǎn)生大電流、二次腐蝕和表面損傷。

3.2? 氧腐蝕

鍋爐蒸汽中含有大量的水。在高溫環(huán)境中，水蒸氣不斷與鍋爐發(fā)生反應(yīng)，水中的氧分子與鐵發(fā)生反應(yīng)，形成氧腐蝕。氧分子氧化金屬也是一種腐蝕方式，屬于電化學(xué)腐蝕。鐵的氧化會產(chǎn)生電池的正負極。

3.3? 垢下腐蝕

高壓鍋爐垢下腐蝕是最常見的局部腐蝕。鍋爐內(nèi)的材料中含有大量的鈣鎂。除常見的鈣鎂垢外，還有少量的銅垢和氧化鐵垢。當鍋爐金屬表面有水垢時，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)會降低，水垢以下金屬的溫度必然會逐漸升高。在水垢之間的縫隙中，會有水通過這些縫隙進入縫隙，當溫度升高時，會增加滲水的濃度。高濃度的鹽水會加劇金屬的腐蝕。將鍋爐水的pH值控制在9～11，可避免這種腐蝕。

4???? 防護鍋爐腐蝕措施

為防止鍋爐腐蝕，應(yīng)將設(shè)計階段、管理階段和運行階段有機地結(jié)合起來。在鍋爐設(shè)計階段，要綜合考慮可能的腐蝕影響，預(yù)測腐蝕的不利后果，盡量減少鍋爐的應(yīng)力腐蝕和垢下腐蝕。如果設(shè)計合理，將盡量避免鍋爐腐蝕。

在鍋爐運行階段，防止鍋爐腐蝕的主要措施是控制進料。當材料進入鍋爐時，如果結(jié)垢物較多，鍋爐發(fā)生腐蝕的可能性很大。為了盡可能避免鍋爐腐蝕，必須控制材料中碳酸鹽、鈣、鎂離子的含量，以減少鍋爐結(jié)垢和游離二氧化碳腐蝕對鍋爐的影響。另外，要嚴格控制pH值和含鹽量，盡量減少電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。條件允許時，可適當添加阻垢緩蝕劑，進一步防止腐蝕。

在鍋爐管理過程中，應(yīng)按規(guī)定做好維護和防腐工作，定期停爐，確保保護工作的有效性。如果要徹底清理鍋爐表面和內(nèi)部煙道內(nèi)的沉淀物，保證鍋爐干燥，也可以采取刷防腐漆的措施。

5總結(jié)

人們的生活和工作都與鍋爐息息相關(guān)，對于鍋爐本體的腐蝕機理進行研究，可以幫助鍋爐設(shè)計人員和管理人員更好地認識和使用鍋爐，通過合理的措施提高鍋爐的安全性能。在使用鍋爐時，腐蝕現(xiàn)象最為常見，但是卻很少有人關(guān)注鍋爐被腐蝕而造成的傷害，也更少有人會采取有效措施未雨綢繆?？偠灾?，做好防護鍋爐腐蝕工作勢在必行。

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