汽包鍋爐水汽系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢及防止

1、第十章 汽包鍋爐水汽系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢及其防止一、汽包鍋爐水汽系統(tǒng)給水經(jīng)省煤器進(jìn)入汽包經(jīng)集中下降管-分配至各下聯(lián)箱-經(jīng)上升管(水冷壁)吸收爐膛熱量-汽水混合物回到汽包并分離出飽和蒸汽-飽和蒸汽經(jīng)蒸汽引出管至頂棚過熱器-再到煙道包墻過熱器低溫過熱器高溫過熱器經(jīng)主蒸汽管至汽輪機(jī)高壓缸再熱器汽輪機(jī)低壓缸凝汽器凝結(jié)水泵低壓加熱器除氧器高壓加熱器給水泵省煤器。汽包鍋爐如果水質(zhì)不良，就會引起水汽系統(tǒng)結(jié)垢、積鹽、金屬腐蝕等故障，還會導(dǎo)致鍋爐過熱蒸汽品質(zhì)劣化，影響到汽輪機(jī)的正常運行。二、水汽系統(tǒng)的腐蝕及其防止鍋爐運行時，由于溫度和壓力都很高，爐管管壁溫度很高，設(shè)備各部分的應(yīng)力很大，且由于水中雜質(zhì)在鍋爐內(nèi)濃縮析出

2、形成沉積物，這些因素都會促進(jìn)金屬發(fā)生腐蝕。水汽系統(tǒng)發(fā)生較嚴(yán)重的腐蝕或結(jié)垢會導(dǎo)致鍋爐爆管。水汽系統(tǒng)常見腐蝕有以下幾種：1、氧腐蝕：在正常運行情況下，一般不會有大氣侵入鍋內(nèi)，所以鍋內(nèi)一般不會發(fā)生氧腐蝕，但在下列情況下，有可能會發(fā)生氧腐蝕。（1）除氧器運行不正常。如：送入除氧器的蒸汽量調(diào)節(jié)不及時；除氧器負(fù)荷變動過大；間斷性向除氧器中補(bǔ)加大量補(bǔ)給水；對溶解氧測定不準(zhǔn)確等等。腐蝕首先發(fā)生在省煤器進(jìn)口端，并可能發(fā)展到省煤器中部和尾部，直至鍋爐下降管。在鍋爐上升管內(nèi)一般不會發(fā)生氧腐蝕，這里的氧集中在汽泡中，不會到達(dá)金屬表面。（2）基建爐和停用期間無防護(hù)鍋爐。在鍋爐基建和停用期間，如果沒有采取保護(hù)措施，大氣中

3、的氧和水汽侵入鍋爐，就會導(dǎo)致鍋爐腐蝕。在基建中發(fā)生的腐蝕，可通過啟動前的化學(xué)清洗進(jìn)行清除，但如果形成腐蝕坑，會在運行中形成腐蝕電池，繼續(xù)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，所以在基建中好應(yīng)做好防腐蝕工作。停爐時的氧腐蝕通常發(fā)生在整個水汽系統(tǒng)中，往往比運行時發(fā)生的氧腐蝕嚴(yán)重得多，由于腐蝕造成金屬的表面的損傷，在鍋爐投入運行后會繼續(xù)產(chǎn)生不良影響，所以停用腐蝕危害非常大，對停用鍋爐要做好防腐蝕措施。2、沉積物下腐蝕：當(dāng)鍋爐金屬表面附著有水垢或水渣時，在其下面會發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，稱為沉積物下腐蝕，這高壓鍋爐常見的一種腐蝕形式。（1）原理：在正常運行條件下，鍋內(nèi)金屬表面常覆蓋的一層這是金屬在高溫爐水中形成的：這樣的保護(hù)膜是致

4、密的且具體良好的保護(hù)性能，如果遭到破壞，金屬在高溫爐水中很容易受到腐蝕，促使四氧化三鐵保護(hù)膜被破壞的一個重要原因就是爐水的PH值不合適。在PH8的情況下，氫離子起了去極化作用，此時的反應(yīng)產(chǎn)物都是可溶解的，不易形成保護(hù)膜。34Fe O3002342344FeHOFeOH 在PH13的情況下，金屬表面的四氧化三鐵保護(hù)膜被破壞：亞鐵酸鈉是可溶的，隨著PH的不斷升高，腐蝕速度迅速增大。在一般條件下，由于鍋水PH?？刂圃?-11，鍋爐金屬表面的保護(hù)膜是穩(wěn)定的，不會發(fā)生腐蝕，但當(dāng)金屬表面有沉積物時，由于沉積物的傳熱性差，沉積物下金屬管壁溫度升高，滲透到沉積物下的爐水發(fā)生急劇蒸發(fā)濃縮，且由于沉積物的阻礙不易

5、與爐水混合均勻，使沉積物下的濃溶液對鍋爐造成侵蝕。3422222224222FeONaOHNaFeONa FeOHOFeNaOHNa FeOH當(dāng)爐水中有游離氫氧化鈉時，由于參透到沉積物下的爐水高度濃縮，PH值升得很高，PH大于13時，對金屬造成腐蝕。當(dāng)凝汽器泄漏時，爐水中存在有 ，發(fā)生如下反應(yīng)：生成物中的鹽酸對金屬產(chǎn)生腐蝕。沉積物下腐蝕分為：酸性腐蝕：爐管沉積物下沉積一層沉積物，且爐水中含有氯化鎂及氯化鈣，在沉積物下積累了很多去極化劑氫離子，發(fā)生酸性腐蝕。陰極反應(yīng)生成的氫氣受到沉積物的阻礙不能擴(kuò)散汽水中，因此在管壁與沉積物之間積累了大量氫氣，這些氫一部分可能擴(kuò)散到金屬內(nèi)部，和碳鋼中的碳化鐵（滲

6、碳體）發(fā)生反應(yīng)： 因而造成碳鋼脫碳，金相組織受到破壞，并且反應(yīng)產(chǎn)物甲烷會在金屬內(nèi)部產(chǎn)生壓力，使金屬組織中產(chǎn)生裂紋。22MgClCaCl及22222()22()2MgClH OMg OHHClCaClH OCa OHHCl 32423Fe CHFeCH堿性腐蝕：如果爐水中有游離氫氧化鈉，那么在沉積物下會濃縮有很高濃度的氫氧根，發(fā)生堿性腐蝕。此時處于沉積物外部的爐水和沉積物相關(guān)，前者的氫氧根離子濃度小，氫離子濃度大，因此陰極反應(yīng)不是發(fā)生在沉積物下面，而是發(fā)生在沒有沉積物的背火側(cè)的管壁上，這時生成的氫氣沒有阻礙，可進(jìn)入汽水系統(tǒng)中，所以不會發(fā)生鋼的脫碳現(xiàn)象，只是在沉積物下形成一個個腐蝕坑。（2）腐蝕類

7、型：在沉積物下可能發(fā)生堿性或酸性兩種不同類型的腐蝕，根據(jù)其損傷情況的不同，分別稱為延性腐蝕和脆性腐蝕。延性腐蝕：發(fā)生在多孔沉積物的下面，是由于沉積物下的堿性增大而引起的，腐蝕的特征是腐蝕坑高低不平，坑上覆蓋有腐蝕產(chǎn)物，坑下金屬的金相組織和機(jī)械性能都沒有變化，金屬仍保持延性。當(dāng)腐蝕坑達(dá)到一定深度后，管壁變薄，會因過熱而鼓包或爆管。脆性腐蝕：發(fā)生在比較致密的沉積物下面，是由于沉積物下酸性增大而引起的，腐蝕的特征是腐蝕部位的金相組織發(fā)生了變化，有明顯的脫碳現(xiàn)象，生成了細(xì)小的裂紋，使金屬變脆。這種腐蝕是由于腐蝕反應(yīng)中產(chǎn)生的氫滲入了金屬內(nèi)部而引起的，也稱為氫脆。（3）引起沉積物下腐蝕的運行條件發(fā)生沉積物

8、下腐蝕的必須條件是鍋爐管壁上有沉積物且爐水有侵蝕性。造成這些條件的工況有：結(jié)垢物質(zhì)帶入鍋爐（形成沉積物）；凝汽器泄漏（帶入氯化鎂、氯化鈣）；補(bǔ)給水水質(zhì)不良（堿酸鹽堿度較大時，它在鍋內(nèi)會轉(zhuǎn)化為氫氧化鈉）（4）沉積物下腐蝕的防止新裝鍋爐要進(jìn)行化學(xué)清洗，運行鍋爐定期進(jìn)行清洗；提高給水水質(zhì)，防止給水系統(tǒng)腐蝕；防止凝汽器的泄漏；調(diào)節(jié)鍋爐水質(zhì)，消除爐水的侵蝕性，如對爐水進(jìn)行協(xié)調(diào)PH磷酸鹽處理，消除游離的氫氧化鈉；做好鍋爐停用保護(hù)工作，防止沉積物的產(chǎn)生。3、水蒸汽腐蝕當(dāng)過熱蒸汽溫度高達(dá)450度時，會與碳鋼發(fā)生反應(yīng)，在450570度之間時，它們的反應(yīng)生成物為四氧化三鐵:當(dāng)溫度達(dá)到570度以上時，生成物為三氧化

9、二鐵：發(fā)生的部位通常在汽水停滯部位或過熱器中。防止方法：消除鍋爐中傾斜度小的管段，保證汽水正常循環(huán)；對于過熱器，采用特種鋼材制造，如耐熱奧氏體不銹鋼。2342344FeH OFeOH2222322FeH OFeOHFeOH OFe OH4、應(yīng)力腐蝕：金屬除了受某些侵蝕性介質(zhì)作用之外，同時還受機(jī)械應(yīng)力的作用時，它會發(fā)生裂紋損壞，這種腐蝕稱為應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕有以下幾種類型：（1）腐蝕疲勞：在交變應(yīng)力作用下發(fā)生的一種應(yīng)力腐蝕。它所產(chǎn)生的裂紋有穿晶的，也有晶間的。這是由于鍋爐金屬材料在受不同方向、大小的應(yīng)力時，與水相接觸的金屬表面上的保護(hù)膜被這種交變應(yīng)力破壞，因而發(fā)生電化學(xué)不均一性，導(dǎo)致的局部腐蝕。

10、常發(fā)生在汽包的管道連接處。如給水管接頭、加藥管接頭、定排管接頭與下聯(lián)箱的連接處。防止措施：消除應(yīng)力。（2）應(yīng)力腐蝕開裂：是奧氏體鋼在應(yīng)力和侵蝕性介質(zhì)作用下發(fā)生的腐蝕損壞。氯化、氫氧化鈉、硫化物等物質(zhì)都對奧氏體鋼有很強(qiáng)的侵蝕性。是發(fā)生在高參數(shù)鍋爐的過熱器和再熱器等奧氏體鋼部件上的一種特殊的應(yīng)力腐蝕。防止措施：在制造、安裝、檢修時應(yīng)盡可能消除應(yīng)力。（3）荷性脆化：水中的氫氧化鈉使受腐蝕金屬發(fā)生的一種脆化。腐蝕的結(jié)果是金屬晶粒間發(fā)生裂紋，也叫晶間腐蝕。發(fā)生荷性脆化的三個同時存在的必備因素：爐水含有一定量的游離氫氧化鈉；鍋爐是鉚接或脹接，且這些部位存在不嚴(yán)密的地方，發(fā)生水質(zhì)的局部濃縮；金屬中存在有很大

11、的應(yīng)力。防止：控制相對堿度；對爐水實施協(xié)調(diào)PH磷酸鹽處理。對電廠鍋爐由于不存在鉚接或脹接結(jié)構(gòu)，所以一般不會發(fā)生荷性脆化。三、水垢與水渣鍋爐運行一段時間后，由于水質(zhì)不良，會在受熱面與水接觸的管壁上生成一層固態(tài)附著物，這一現(xiàn)象稱為結(jié)垢，附著物叫水垢。在爐水中析出的固體物質(zhì)，有時會懸浮在爐水中，有時會沉積在汽包和聯(lián)箱的底部等水循環(huán)緩慢的地方，形成水渣。1、水垢的分類、性質(zhì)及危害（1）水垢中有多種成分，往往以一種成分為主決定水垢種類。按主要化學(xué)成分常常將水垢分為：鈣鎂水垢、硅酸鹽水垢、氧化鐵垢和銅垢等。（2）性質(zhì)：水垢的物理性質(zhì)指標(biāo)通常有堅硬度、孔隙率、導(dǎo)熱性等，導(dǎo)熱性差是水垢的重要特性。（3）水垢的

12、危害：結(jié)垢后導(dǎo)熱性差，造成管壁溫度升高、過熱，引起鼓包、爆管事故。水垢導(dǎo)熱性能差，造成燃料浪費，降低了熱效率，增加了電力生產(chǎn)成本；結(jié)垢以后，影響了鍋爐正常的水循環(huán)，嚴(yán)重時會造成爆管事故；會造成沉積物下腐蝕；會增加化學(xué)清洗次數(shù)，延長了停機(jī)時間，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失；縮短鍋爐有效使用壽命。2、水渣的組成、分類及危害（1）水渣的化學(xué)成分較復(fù)雜，主要有以下幾種：碳酸鈣、氫氧化鎂、堿式碳酸鎂、磷酸鎂、堿式磷酸鈣、蛇紋石、金屬的腐蝕產(chǎn)生等等。（2）分類：一種是不會粘在受熱面上的水渣，這類水渣較松軟，常懸浮在鍋爐水中，容易隨排污從鍋內(nèi)排出，如堿式磷酸鈣、蛇紋石等；另一種是容易粘在受熱面上的水渣，這類水渣會轉(zhuǎn)變

13、成二次水垢，如磷酸鎂和氫氧化鎂等。（3）危害：水渣太多，會影響鍋爐蒸汽品質(zhì)，還會堵塞爐管，威脅鍋爐安全運行。應(yīng)盡可能防止磷酸鎂和氫氧化鎂水渣，以免生成二次水垢。3、水垢的成因及防止（1）鈣鎂水垢：成因：隨水溫的升高某些鈣鎂鹽類（如硫酸鈣）的溶解度反而下降；水不斷濃縮，某些鹽類從水中析出；水中的某些鹽類發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成不溶物等。碳酸鹽水垢容易在省煤器、加熱器、給水管道等處生成；硫酸鈣、硅酸鈣水垢主要在熱負(fù)荷高的受熱面上形成，如爐管、蒸發(fā)器及蒸汽發(fā)生器。防止：徹底去除水中硬度；保證凝汽器不泄漏；控制生產(chǎn)返回水水質(zhì)。（2）硅酸鹽水垢：成因：給水中鋁、鐵和硅的化合物含量高，是在熱負(fù)荷高的爐管內(nèi)形成硅酸

14、鹽水垢的主要原因。防止：應(yīng)盡可能降低給水中的硅化合物、鋁和其它金屬氧化物的含量。一方面要能補(bǔ)給水硅含量進(jìn)行嚴(yán)格 控制；另一方面要防止凝汽器泄漏。（3）氧化鐵垢：成因：水中鐵的化合物沉積在管壁上形成氧化鐵垢。水中氧化鐵帶一定的正電荷而高溫下的爐管帶一定的負(fù)電荷，造成水中的氧化鐵逐步吸附到管壁上。另一個原因是爐管金屬腐蝕的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為氧化鐵垢。防止：一是減少爐水中的含鐵量；另一個是防止鍋爐金屬腐蝕。（4）銅垢：成因：熱力系統(tǒng)中銅合金設(shè)備腐蝕后，銅的腐蝕產(chǎn)物隨給水進(jìn)入鍋爐，銅離子在鍋爐熱負(fù)荷大、保護(hù)膜破損的地方（與其它地方產(chǎn)生電位差，帶有負(fù)電量）不斷析出金屬銅。銅垢的形成速度與熱負(fù)荷有關(guān)，熱負(fù)荷最大的

15、管段形成的銅垢量最多。防止：一是防止?fàn)t管局部熱負(fù)荷過高；另一方面，要盡量減少給水的含銅量，防止給水及凝結(jié)水系統(tǒng)中銅設(shè)備的腐蝕。四、易溶鹽的隱藏現(xiàn)象就是當(dāng)鍋爐負(fù)荷增高時，鍋爐水中的某些易溶鹽類便從鍋爐水中析出，沉積在金屬管壁上，使它們在爐水中的濃度降低。而當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低時，這些鹽又重新溶解下來，使它們在爐水中的濃度升高的現(xiàn)象。爐水中的易溶鹽通常有：氫氧化鈉、氯化鈉、硫酸鈉、硅酸鈉、磷酸三鈉等。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因，一方面與鍋爐水中易溶鹽類的溶解特性有關(guān)；另一方面，與鍋爐的負(fù)荷和運行工況有關(guān)。氫氧化鈉和氯化鈉的溶解度隨水溫升高而增大，而且飽和溶液的沸點比純水的沸點大得多，所以這兩種鹽不會發(fā)生暫時消失

16、現(xiàn)象。而硫酸鈉、硅酸鈉、磷酸三鈉在水中的溶解度，先是隨溫度升高而增大，當(dāng)溫度升高到200度以上時，溶解度明顯下降，而且這幾種鈉鹽的飽和溶液的沸點都比較低，所以當(dāng)鍋爐管壁有局部過熱現(xiàn)象時，這些鹽類 的水溶液就會很快被蒸干，并以固態(tài)附著物的形態(tài)在管壁上析出，引起暫時消失現(xiàn)象。當(dāng)鍋爐負(fù)荷增大時，如果控制不好，就會在水冷壁上升管中產(chǎn)生膜狀沸騰、汽水分層、自由水面等不正常工況，這些不正常工況都會使靠近管壁的水溶液很快被蒸干，而水溶液中的鹽類在管壁上析出。當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低時，這些不正常工況就會消失，管壁上附著的這些鹽類又重新被水溶解和沖刷下來。危害性：一是能與爐管上的其它沉積物。如金屬腐蝕產(chǎn)物、硅化合物等發(fā)

17、生反應(yīng)，變成難溶水垢；二是因爐管上形成易溶鹽附著物造成傳熱不良，在某些情況下也可能直接導(dǎo)致爐管金屬嚴(yán)重超溫，甚至燒壞；三是可能引起沉積物下的腐蝕；四是造成爐水化驗數(shù)據(jù)不能反應(yīng)某些鹽類的真實含量情況。五、爐水的磷酸鹽處理1、原理：就是在爐水中加入磷酸鹽溶液，使?fàn)t水中維持一定的磷酸根含量。由于爐水的堿性較強(qiáng)（PH911），爐水中的鈣離子與磷酸根發(fā)生反應(yīng)： 生成的堿式磷酸鈣是一種松軟水渣，可隨鍋爐排污排除，且不會粘在受熱面形成水垢。磷酸鹽可在金屬表面上形成磷酸鹽保護(hù)膜，防止金屬腐蝕。一般采用磷酸三鈉，有時為了消除一部分游離氫氧化鈉而加入磷酸氫二鈉。爐水中的磷酸根應(yīng)控制在一定有范圍內(nèi)，不應(yīng)太多，否則會

18、有不良影響：一是增加爐水的含鹽量，影響蒸汽品質(zhì)；二是有生成更難溶的、可能粘在管壁上生成二次水垢的磷酸鎂的可能性；三是容易在高壓和超高壓鍋爐中發(fā)生磷酸三鈉的隱藏現(xiàn)象。一般將磷酸三鈉配成15%的溶液直接加在汽包內(nèi)的爐水中。加藥量估算：鍋爐啟動時：鍋爐運行時：1110.251000(28.5)/GVIHV kg h水容積磷酸根維持量硬度1110.251000(28.5)/GDIH Dkg h 排污量給水量234102461062() ()CaPOOHCaOHPO注意事項：一是給水殘余硬度應(yīng)小于5mol/L，以免水渣太；二是應(yīng)控制磷酸根在規(guī)定范圍內(nèi)，以免增加爐水含鹽量，影響蒸汽品質(zhì)；三是對已經(jīng)結(jié)垢的鍋爐要先除垢再進(jìn)行磷酸鹽處理；四是要及時排出水渣，以免水渣堆積；五是保證藥劑純度不小于95%。六、協(xié)調(diào)PH磷酸鹽處理協(xié)調(diào)PH磷酸鹽處理就是除向汽包內(nèi)添加磷酸三鈉外，還添加其它適當(dāng)?shù)乃幤?，使鍋爐水既有足夠的PH值和維持一定的磷酸根含量，又不含有游離的氫氧化鈉。常用 (鈉與磷酸根的摩爾比，如果單獨是磷酸三鈉，則R為3)描述水溶液中不同組分的磷酸鹽。研究表明，當(dāng)磷酸鹽溶液的R值小于2.85大于2.13時，即使發(fā)生磷酸鹽暫時消失現(xiàn)象，析出磷酸氫鹽固相附著物時，爐管管壁邊界層中也4/R Na PO不會產(chǎn)生游離的氫氧化鈉。在協(xié)調(diào)PH磷酸鹽處理時