熱力設(shè)備系統(tǒng)的腐蝕與控制課件

第六節(jié)熱力設(shè)備系統(tǒng)的腐蝕與控制

鍋爐及其管道的腐蝕會(huì)影響鍋爐及熱力系統(tǒng)的安全的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。發(fā)生在鍋爐金屬表面的腐蝕，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行鍋爐發(fā)生故障，以致鍋爐提前報(bào)廢，縮短其使用年限。給水系統(tǒng)的腐蝕產(chǎn)物，若被帶入鍋爐，會(huì)污染鍋水，引起鍋爐內(nèi)部的結(jié)垢和腐蝕。所以做好鍋爐系統(tǒng)金屬的防腐蝕工作至關(guān)重要。一、氧腐蝕與控制二、酸堿腐蝕與控制三、鐵垢腐蝕及控制3.1、氧腐蝕及控制氧腐蝕是鍋爐系統(tǒng)最常見的、較嚴(yán)重的腐蝕。由于給水一般都與大氣進(jìn)行了充分的接觸，水中的溶解氧基本上是飽和狀態(tài)，因此給水流流過的管路及設(shè)備均有發(fā)生氧腐蝕的可能。１、原理鐵受水中溶解氧的腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕，鐵和氧形成兩個(gè)電極，組成腐蝕電池，其反應(yīng)為：陽(yáng)極過程Fe→Fe2＋＋2e陰極過程1/2O2＋H2O＋2e→2OH-因水中含有溶解氧，所以Fe(OH)2將進(jìn)一步被氧化為Fe(OH)3。隨著條件的不同（溫度、ＰＨ值、溶解氧含量），也可得到更為復(fù)雜的腐蝕產(chǎn)物，例如鐵的銹瘤即為mFe(OH)2·nFe(OH)3·pH2O或mFeO·nFe2O3·pH2O。氧腐蝕的產(chǎn)物是鐵氧化物。這樣會(huì)惡化鍋爐的水質(zhì)。２、腐蝕特征當(dāng)鋼鐵受到氧腐蝕時(shí)，常常在其表面形成許多小型鼓包，其直徑自1mm至20-30mm不等，這種腐蝕特征稱為潰瘍腐蝕。鼓包表面顏色由黃褐色到磚紅色不等，次層是黑色粉末狀物，這些都是腐蝕產(chǎn)物。當(dāng)將這些腐蝕產(chǎn)物清除后，便會(huì)出現(xiàn)因腐蝕而造成的陷坑。３、腐蝕部位鍋爐系統(tǒng)發(fā)生氧腐蝕的部位決定于水中溶解氧的含量和設(shè)備運(yùn)行條件，通常，最易發(fā)生氧腐蝕的部位是省煤器和鍋爐補(bǔ)給水入口處周圍的煙管等高溫部位。若蒸汽凝結(jié)水回用，則有時(shí)補(bǔ)給水的溫度較高，這種情況下軟水箱，給水管道很易發(fā)生氧腐蝕。在回水系統(tǒng)中，因回水箱是通大氣的，而且有些回水管道不是經(jīng)常有水，無水時(shí)管道便為空氣所充滿，因此回水中常含有大量的氧。所以回水系統(tǒng)經(jīng)常有嚴(yán)重的氧腐蝕。４、氧腐蝕的控制⑴選用耐蝕材料如用銅管作回水管道；用鑄鐵作省煤器材料；用不銹鋼板等作軟水箱襯里。⑵樹脂涂覆保護(hù)如軟水箱內(nèi)表面涂覆環(huán)氧樹脂。⑶給水除氧給水除氧是最有效的防止省煤器、鍋爐氧腐蝕的措施。事實(shí)上，給水除氧對(duì)于蒸汽鍋爐，特別是中、大型鍋爐來說是必不可少的。給水除氧主要有以下幾種方法：①熱力除氧任何氣體在水中的溶解度都與此氣體在水面上的分壓成正比。水的溫度越高，其中氣體的溶解度就越小，這就是熱力除氧的理論依據(jù)。熱力除氧不但能去除大部分的溶解氧，而且還能去除水中的CO2、NH3、H2S等腐蝕性氣體，且不增加給水的含鹽量。熱力除氧器的型式多樣，但不論何種結(jié)構(gòu)的熱力除氧器，從整體上看都可分為兩部分：脫氣塔和貯水箱。脫氣塔的作用是將水分散成細(xì)水流或小水滴，最大限度地增加水、汽接觸面積，以利于水的加熱過程以及氣體自水中的解吸過程的正常進(jìn)行，并保證足夠的沸騰時(shí)間；貯水箱的作用是貯存一定量的除氧水，以保障鍋爐的用水需要，并在一定程度上起深度除氧作用。②真空除氧真空除氧的原理與熱力除氧相似，也是利用水在沸騰狀態(tài)時(shí)氣體的溶解度接近于零的特點(diǎn)，而除去水中溶解性氣體的。因?yàn)樗姆悬c(diǎn)與壓力有關(guān)，可在常溫下利用真空的方法使水達(dá)到沸騰狀態(tài)，從而讓水中的溶解氣體解析出來。顯然，當(dāng)水溫一定時(shí)，壓力越低（即真空度越高），水中殘留氣體的含量越少。③化學(xué)除氧化學(xué)除氧有兩種方法，一種是使給水流經(jīng)裝有還原性填料的塔，使水中的溶解氧與還原性填料反應(yīng)而被消耗盡或大部分被消耗掉。常用的還原性填料有鐵屑和還原性樹脂。化學(xué)除氧的另一種方法是向給水中加入一定濃度的化學(xué)除氧劑，使水中的溶解氧與化學(xué)除氧劑反應(yīng)而降低。由于化學(xué)除氧劑隨給水一起進(jìn)入鍋爐，因此化學(xué)除氧劑須對(duì)水汽循環(huán)無害。常用的化學(xué)除氧劑有亞硫酸鈉和聯(lián)氨。亞硫酸鈉與溶解氧的反應(yīng)速度較快，但亞硫酸鈉會(huì)增加鍋爐的含鹽量。且在高溫時(shí)可能分解產(chǎn)生H2S、SO2等腐蝕性氣體，腐蝕蒸汽系統(tǒng)及凝結(jié)水管道，故亞硫酸鈉適用于中、小型鍋爐。聯(lián)氨在堿性溶液中是一種強(qiáng)還原劑，并且與溶解氧的反應(yīng)產(chǎn)物及自身在高溫下的分解產(chǎn)物都不會(huì)增加鍋水含鹽量，同時(shí)又可防止鐵垢和銅垢的生成，但聯(lián)氨在低溫時(shí)與溶解氧反應(yīng)速度較慢，且易燃易爆，對(duì)人體可能有致癌作用。故聯(lián)氨常用在中、高壓鍋爐。近幾年來，國(guó)內(nèi)外科技工作者又研制出了許多新型除氧劑，這些除氧劑同聯(lián)氨一樣不會(huì)增加鍋水含鹽量,且除氧速度快,對(duì)人體無害。目前用于實(shí)際應(yīng)用的有以下幾種:二甲基酮肟、甲基乙基酮肟、乙醛肟、異抗壞血酸、碳酰肼、二乙基羥胺、對(duì)苯二酚。肟類化合物、異抗壞血酸除具有除氧作用外，同時(shí)也是一種金屬鈍化劑，能使金屬氧化物還原，防止鐵垢、銅垢的形成。聯(lián)胺胺除氧氧原原理理聯(lián)胺胺是是一一種種還還原原劑劑，，可可將將水水中中DO還還原原N2H4＋O2→N2＋2H2O反應(yīng)應(yīng)產(chǎn)產(chǎn)物物N2和H2O對(duì)對(duì)熱熱力力系系統(tǒng)統(tǒng)沒沒有有任任何何害害處處。。除了了與與O2反反應(yīng)應(yīng)外外，，聯(lián)聯(lián)胺胺在在高高溫溫（（200℃℃以以上上））水水中中可可將將Fe2O3、CuO等等還還原原，，6Fe2O3＋N2H4→4Fe3O4＋N2＋2H2O2Fe3O4＋N2H4→6FeO＋＋N2＋2H2O2FeO＋＋N2H4→2Fe＋＋N2＋2H2O4CuO＋＋N2H4→2Cu2O＋＋N2＋2H2O2Cu2O＋＋N2H4→4Cu＋＋N2＋2H2O聯(lián)胺胺的的這這些些性性質(zhì)質(zhì)可可以以用用來來防防止止鍋鍋內(nèi)內(nèi)結(jié)結(jié)鐵鐵垢垢和和銅銅垢垢。。除氧氧條條件件必須須使使水水有有足足夠夠的的溫溫度度溫度度越越高高，，反反應(yīng)應(yīng)越越快快，，溫溫度度低低于于50℃℃，，聯(lián)聯(lián)胺胺與與O2反應(yīng)應(yīng)速速度度很很慢慢；；溫溫度度高高于于100℃℃時(shí)時(shí)，，反反應(yīng)應(yīng)已已明明顯顯加加快快；；溫溫度度大大于于150℃℃，，反反應(yīng)應(yīng)速速度度很很快快。。必須須使使水水維維持持一一定定的的pH聯(lián)胺胺必必須須在在堿堿性性水水中中才才能能是是強(qiáng)強(qiáng)還還原原劑劑，，它它與與O2的反反應(yīng)應(yīng)速速度度與與水水的的pH密密切切相相關(guān)關(guān)，，pH在在9～～11時(shí)時(shí)，，反反應(yīng)應(yīng)速速度度最最大大。。必須須使使水水中中N2H4有足足夠夠的的剩剩余余量量在pH和和溫溫度度相相同同時(shí)時(shí)，，N2H4過剩剩量量越越大大，，反反應(yīng)應(yīng)速速度度越越快快，，除除氧氧所所需需時(shí)時(shí)間間越越少少，，但但不不宜宜過過多多，，否否則則可可能能使使未未反反應(yīng)應(yīng)N2H4進(jìn)入入蒸蒸氣氣。。綜上上所所述述，，聯(lián)聯(lián)胺胺除除氧氧的的合合理理?xiàng)l條件件為為：：150℃℃以以上上的的溫溫度度，，pH為為9～～11的的堿堿性性介介質(zhì)質(zhì)和和適適當(dāng)當(dāng)?shù)牡腘2H4過剩剩量量。。加藥藥藥品品通常常使使用用的的聯(lián)聯(lián)胺胺是是40％％的的N2H4·H2O溶溶液液加藥藥量量N2H4的加加藥藥量量通通常常按按從從省省煤煤器器入入口口所所采采得得的的給給水水水水樣樣中中剩剩余余N2H4含量量來來控控制制。。一一般般地地，，給給水水中中過過剩剩N2H4含量量可可控控制制在在20～～50μμg/L。。加藥藥點(diǎn)點(diǎn)N2H4大都都加加在在給給水水泵泵的的低低壓壓側(cè)側(cè)，，即即除除氧氧器器出出口口處處，，以以有有利利于于藥藥液液和和水水的的混混合合。。亞硫硫酸酸鈉鈉除氧氧原原理理Na2SO3也是是一一種種還還原原劑劑，，能能與與水水中中DO反反應(yīng)應(yīng)，，2Na2SO3＋O2→2Na2SO4由上上式式可可見見，，Na2SO3除氧氧會(huì)會(huì)增增加加水水中中含含鹽鹽量量。。除氧氧的的技技術(shù)術(shù)問問題題影響響反反應(yīng)應(yīng)速速度度的的因因素素Na2SO3與氧氧的的反反應(yīng)應(yīng)速速度度不不僅僅受受溫溫度度、、Na2SO3過剩剩量量的的影影響響，，而而且且與與水水中中其其他他物物質(zhì)質(zhì)的的催催化化或或阻阻化化作作用用有有關(guān)關(guān)。。溫溫度度越越高高，，反反應(yīng)應(yīng)速速度度越越快快，，Na2SO3過剩剩量量越越大大，，反反應(yīng)應(yīng)速速度度越越快快。。Ca2+、Mg2+、Mn2+、Cu2+等對(duì)對(duì)除除氧氧反反應(yīng)應(yīng)有有催催化化作作用用，，而而有有機(jī)機(jī)物物和和SO42-會(huì)減減慢慢其其反反應(yīng)應(yīng)速速度度。。Na2SO3的分分解解溶液液在在高高溫溫時(shí)時(shí)可可能能發(fā)發(fā)生生分分解解，，4Na2SO3→3Na2SO4＋Na2S（（a））Na2S＋＋2H2O→→2NaOH＋＋H2S（（b））Na2SO3＋H2O→→2NaOH＋＋SO2（c））如，當(dāng)鍋鍋內(nèi)壓力力為10.78MPa時(shí)，Na2SO3會(huì)發(fā)生（（c））式的分分解反應(yīng)應(yīng)，產(chǎn)生生SO2等氣體進(jìn)進(jìn)入蒸氣氣。當(dāng)SO2和H2S等氣體體進(jìn)入汽汽輪機(jī)后后就會(huì)腐腐蝕汽輪輪機(jī)葉片片、凝汽汽器等。。因此，，Na2SO3除氧只能能用在中中低壓鍋鍋爐，高高壓鍋爐爐不能使使用Na2SO3除氧，可可用N2H4。催化聯(lián)胺胺催化聯(lián)胺胺就是在在聯(lián)胺中中添加了了催化劑劑，大大大提高了了N2H4和O2的反應(yīng)速速度，尤尤其是在在水溫較較低時(shí)。。催化聯(lián)胺胺中的催催化劑大大都是有有機(jī)化合合物，主主要是以以下幾類類：醌的的化合物物、芳胺胺和醌的的混合物物、1-苯基-3-吡吡唑烷酮酮、對(duì)氨氨基苯酚酚等，一一般添加加量極其其微小。。催化聯(lián)胺胺在國(guó)外外應(yīng)用較較為普遍遍。有機(jī)除氧氧劑碳酰肼碳酰肼是是聯(lián)胺和和CO2的衍生物物，除氧反應(yīng)應(yīng)與N2H4相似，但但反應(yīng)分分兩步，，(N2H3)2CO＋H2O→2N2H4＋CO2N2H4＋O2→N2＋2H2O肟類除氧氧劑如甲基乙乙基酮肟肟、丙酮酮肟、乙乙醛肟等等。其除除氧反應(yīng)應(yīng)，除此之外外，肟類類除氧劑劑還是金金屬鈍化化劑，他他們與Fe2O3、CuO反應(yīng)生生成保護(hù)護(hù)性氧化化物，防防止金屬屬腐蝕，，2R1R2CNOH＋6Fe2O3→2R1R2CO＋4Fe3O4＋N2O＋H2O2R1R2CNOH＋4CuO→2R1R2CO＋2Cu2O＋N2O＋H2O異抗壞血血酸也是一種種強(qiáng)還原原劑，有有除氧作作用及鈍鈍化作用用羥胺類化化合物如二乙基基羥胺，，是一種種強(qiáng)還原原劑，與與O2反應(yīng)速度度比N2H4更快。3.2、、酸、堿堿腐蝕及及控制１、酸腐腐蝕原理理２、酸腐腐蝕部位位３、堿腐腐蝕原理理４、堿腐腐蝕部位位５、控制制酸、堿堿腐蝕的的方法１、酸腐腐蝕原理理酸腐蝕是是指金屬屬在酸性性水溶液液中，以以H＋作作為去去極化劑劑，在陰陰極上析析出氫氣氣時(shí)所發(fā)發(fā)生的腐腐蝕，即即所謂去去極化腐腐蝕。它它是一種種全面腐腐蝕，可可以是均均勻的或或非均勻勻的腐蝕蝕，一般般腐蝕速速度較快快。２、酸腐腐蝕部位位①給水系系統(tǒng)②鍋爐內(nèi)內(nèi)部③回水系系統(tǒng)①給水系系統(tǒng)給水系統(tǒng)統(tǒng)運(yùn)行中中，由于于二氧化化碳的大大量存在在，會(huì)引引起強(qiáng)烈烈的酸腐腐蝕。特特別是經(jīng)經(jīng)過H-Na離離子交換換或鈉離離子交換換加酸處處理的給給水，ＰＰＨ值經(jīng)經(jīng)常在７７以下，，這種腐腐蝕將更更為嚴(yán)重重。②鍋爐內(nèi)內(nèi)部鍋爐內(nèi)部部的酸腐腐蝕發(fā)生生在沉積積物下面面，當(dāng)鍋鍋水中含含有較多多的氯化化鎂、氯氯化鈣時(shí)時(shí)，這類類物質(zhì)在在高溫下下會(huì)發(fā)生生水解，，生成強(qiáng)強(qiáng)酸，在在沉積物物下積累累起很大大的H＋＋濃度度，如：：MgCl2＋＋2H2O→→Mg(OH)2↓↓＋2HCl沉積物下下的金屬屬在酸性性條件下下快速腐腐蝕，產(chǎn)產(chǎn)生氫氣氣，反應(yīng)應(yīng)如下：：陽(yáng)極過程程Fe→Fe2＋＋＋2e陰極過程程2H＋＋＋2e→→2H→→H2由于反應(yīng)應(yīng)發(fā)生在在沉積物物下，生生成的H2受受到沉積積物的阻阻礙不能能很快擴(kuò)擴(kuò)散到汽汽水混合合物區(qū)域域，因此此促使金金屬管壁壁和沉積積物之間間積累起起多量氫氫。這些些氫有一一部分可可能擴(kuò)散散到金屬屬內(nèi)部，，如碳鋼鋼中的碳碳化鐵發(fā)發(fā)生如下下反應(yīng)：：Fe3C＋2H2→→3Fe＋CH4因而造成成碳鋼脫脫碳，金金相組織織受到破破壞，碳碳鋼的脆脆性增大大，發(fā)生生所謂的的氫脆現(xiàn)現(xiàn)象。并并且由于于反應(yīng)產(chǎn)產(chǎn)物CH4會(huì)會(huì)在金屬屬內(nèi)部產(chǎn)產(chǎn)生壓力力，使金金屬組織織中逐漸漸形成龜龜裂。③回水系系統(tǒng)當(dāng)給水含含有較多多的HCO3-堿度進(jìn)入入鍋內(nèi)時(shí)時(shí)，會(huì)受受熱分解解：2HCO3-→CO32-＋CO2↑＋H2O生成大量量的二氧氧化碳被被蒸汽帶帶走。當(dāng)當(dāng)蒸汽凝凝結(jié)時(shí)，，它隨之之溶解在在凝結(jié)水水中。因因凝結(jié)水水是純度度很高的的水，對(duì)對(duì)酸、堿堿的緩沖沖能力很很差，只只要溶解解少量的的二氧化化碳，就就能使這這種水的的ＰＨ值值明顯地地降低。。所以回回水系統(tǒng)統(tǒng)很容易易受到酸酸腐蝕，，尤其是是含有溶溶解氧時(shí)時(shí)，這兩兩種腐蝕蝕相互促促進(jìn)，對(duì)對(duì)金屬腐腐蝕就將將更加嚴(yán)嚴(yán)重。３、堿腐腐蝕原理理堿腐蝕是是指游離離氫氧化化鈉對(duì)金金屬的腐腐蝕。由由于鍋爐爐在高溫溫、高壓壓條件下下運(yùn)行，，此時(shí)鍋鍋水中氫氫氧化鈉鈉含量只只要達(dá)到到5-10％，，就能使使鋼鐵表表面的氧氧化膜溶溶解，使使其表面面失去保保護(hù)作用用，從而而造成了了腐蝕過過程連續(xù)續(xù)發(fā)生的的可能性性。反應(yīng)應(yīng)式如下下：3FeO＋3NaOH→3NaHFeO2由于NaHFeO2易易溶于于水，因因此此反反應(yīng)一旦旦發(fā)生，，速度較較快。４、堿腐腐蝕部位位由于堿腐腐蝕發(fā)生生的前提提是有足足夠高的的NaOH含量量，即使使ＰＨ＝＝１３，，水中相相當(dāng)?shù)臍錃溲趸c鈉也只有有0.5%左右右，因此此鍋爐正正常情況況下不會(huì)會(huì)出現(xiàn)堿堿腐蝕。。發(fā)生堿堿腐蝕的的原因是是鍋爐內(nèi)內(nèi)部局部部地方發(fā)發(fā)生了堿堿的濃縮縮。比如如在焊縫縫處，此此處容易易混夾雜雜質(zhì)，金金屬組織織也有一一定的改改變，給給NaOH濃縮縮帶來了了有利條條件；疏疏松的沉沉積物下下面等鍋鍋水滯流流的地方方，NaOH也也可能濃濃縮到危危險(xiǎn)的濃濃度；在在一些水水平或微微傾斜的的管內(nèi)發(fā)發(fā)生汽水水分層時(shí)時(shí)，將會(huì)會(huì)使管壁壁上的液液膜濃縮縮，使氫氫氧化鈉鈉達(dá)到危危險(xiǎn)濃度度。堿腐蝕一一般具有有局部性性的特征征，呈現(xiàn)現(xiàn)小溝槽槽或不規(guī)規(guī)則的潰潰瘍型。。５、控制制酸、堿堿腐蝕的的方法⑴鍋爐給給水ＰＨＨ的調(diào)節(jié)節(jié)的控制制⑵鍋水ＰＰＨ值的的控制和和調(diào)節(jié)⑶鍋水堿堿度的控控制和調(diào)調(diào)節(jié)⑷鍋爐定定期作化化學(xué)清洗洗，去除除金屬表表面的沉沉積物，，可使鍋鍋水的局局部濃縮縮現(xiàn)象減減少。⑴鍋爐給給水ＰＨＨ的調(diào)節(jié)節(jié)的控制制鍋爐給水水和回水水ＰＨ值值過低的的主要原原因是水水中含有有大量的的CO2。實(shí)實(shí)踐證明明，當(dāng)給給水和回回水的ＰＰＨ值達(dá)達(dá)到９以以上時(shí)，，能使金金屬表面面的氧化化膜保持持良好無無損，即即可防止止管道腐腐蝕的發(fā)發(fā)生。采用石灰灰沉淀或或H-Na離子子交換法法處理，，可防止止大量的的HCO3-進(jìn)進(jìn)入鍋內(nèi)內(nèi)，以免免分解出出較多的的CO2。給水或回回水系統(tǒng)統(tǒng)加氨處處理，也也能消除除CO2帶來來的腐蝕蝕，反應(yīng)應(yīng)式如下下：NH3··H2O＋CO2→→NH4HCO3⑵鍋水ＰＰＨ值的的控制和和調(diào)節(jié)采用鍋內(nèi)內(nèi)加藥處處理法控控制鍋水水ＰＨ在在10-12之之間可有有效地防防止酸、、堿腐蝕蝕。鍋水水ＰＨ值值偏低時(shí)時(shí)，可加加碳酸鈉鈉、磷酸酸鈉、氫氫氧化鈉鈉等堿性性藥劑；；當(dāng)鍋水水ＰＨ值值偏高時(shí)時(shí)，可加加磷酸氫氫二鈉、、磷酸二二氫鈉、、硫酸銨銨等藥劑劑。⑶鍋水堿堿度的控控制和調(diào)調(diào)節(jié)控制和調(diào)調(diào)節(jié)鍋水水堿度的的目的，，主要是是為了防防止鍋爐爐本體的的堿腐蝕蝕和苛性性脆化。。可通過過控制相相對(duì)堿度度，投加加硝酸鹽鹽、磷酸酸鹽等措措施來控控制好鍋鍋水中的的游離堿堿。⑷鍋爐定定期作化化學(xué)清洗洗，去除除金屬表表面的沉沉積物，，可使鍋鍋水的局局部濃縮縮現(xiàn)象減減少。3.3、、鐵垢腐腐蝕及控控制１、鐵垢