爐管腐蝕的起因與對策

爐管腐蝕的起因與對策摘要對鍋爐爐管在運(yùn)行中常見腐蝕形式的起因及預(yù)防措施進(jìn)行了論述。內(nèi)容涉及發(fā)生在爐管內(nèi)的汽水腐蝕、堿腐蝕、酸腐蝕、氣體腐蝕及氫脆等，以及發(fā)生在爐管外的灰致腐蝕、還原性氣氛腐蝕、露點(diǎn)腐蝕和應(yīng)力腐蝕等。關(guān)鍵詞：爐管腐蝕預(yù)防措施腐蝕起因1引言爐管是鍋爐的主要傳熱元件，與操作介質(zhì)(煙氣、水、蒸汽)直接接觸。在鍋爐運(yùn)行時爐管會因腐蝕使壁厚減薄，材料性能劣化，以致發(fā)生鼓脹變形或爆管。爐管腐蝕是一個化學(xué)或電化學(xué)過程，爐管腐蝕可分為管內(nèi)腐蝕(為便利敘述，這里特指水管鍋爐，對于火管鍋爐，應(yīng)理解為”水”側(cè))和管外腐蝕(對火管鍋爐應(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。2管內(nèi)腐蝕2.1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。汽水腐蝕是過熱器管的主要腐蝕形式，在蒸發(fā)管中當(dāng)發(fā)生汽水分層或循環(huán)停滯時也會發(fā)生，其特征是勻稱腐蝕。過熱蒸汽在450℃時，可直接與鐵發(fā)生下列反應(yīng)：3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2↑當(dāng)溫度為570℃以上時，其反應(yīng)生成物為Fe2O3：Fe+H2O→FeO+H2↑2FeO+H2O→Fe2O3↑防止汽水腐蝕的方法有：消退傾斜角度較小的蒸發(fā)段，確保水循環(huán)正常，對于熱溫度較高的過熱器，應(yīng)采納耐熱、耐腐蝕性能較好的合金鋼管等。2.2堿腐蝕堿腐蝕是通過強(qiáng)堿的化學(xué)作用，使管內(nèi)壁面的Fe3O4愛護(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。例如對于苛性堿(NaOH)，它通過如下反應(yīng)：4NaOH+Fe3O4→2NaFeO2+Na3FeO2+2H2O使Fe3O4愛護(hù)膜遭到破壞，露出的鐵直接與NaOH發(fā)生如下反應(yīng)，使金屬表面不斷腐蝕：Fe+2NaOH→Na2Fe3O4+H2↑爐水的酸堿性應(yīng)由添加HCL和NaOH來調(diào)整的，當(dāng)pH值保持在10~11時，鐵的腐蝕速率變得很小。假如pH值保持在13以上，就會發(fā)生較嚴(yán)峻的堿腐蝕。堿腐蝕與水處理方法關(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，并用磷酸三鈉來除去硬度的方法。該方法的缺點(diǎn)是固體物質(zhì)較多，它們附著于管內(nèi)表面造成堿濃縮，產(chǎn)生堿腐蝕的危急很大。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Na2+與PO3-4的比例保持在3以下，但由于磷酸三鈉的溶解度隨溫度變化，在110℃以上時，隨著溫度的上升，溶解度降低，如果添加過量的磷酸鈉，則會在管壁的過熱區(qū)析出磷酸鹽。鑒此，只添加少量的磷酸鈉，例如使PO3-4離子濃度保持在0.5~6ppm左右，pH值保持在9~10.5的范圍，這樣就能避開消失鹽析現(xiàn)象。不過，假如是高壓鍋爐，即使如此微量的固體物質(zhì)，也會在爐壁上析出，仍可造成為堿腐蝕。堿腐蝕一般發(fā)生在水冷壁管的高溫區(qū)，或者由于結(jié)垢和局部阻礙物造成的局部過熱區(qū)。由于爐管局部過熱，導(dǎo)致NaOH在該處濃縮。例如當(dāng)過熱度(=管壁溫度一飽和溫度)為10℃時，依據(jù)鍋爐壓力的大小，NaOH可濃縮5%~20%。因此，即使把爐水中的NaOH濃度掌握在100mg/L以下，在管內(nèi)無垢的狀況下，NaOH也可農(nóng)縮到萬分之幾，在管內(nèi)有垢時，則可濃縮到百分之幾十的程度。防止堿腐蝕要從防止?fàn)t管局部過熱和降低爐水中NaOH濃度兩方面入手。鍋爐準(zhǔn)時排污，可減輕堿腐蝕。除了上面提到的在爐水中加入適量的磷酸鹽，可以降低游離NaOH。另外，防止?fàn)t水受到堿性再生劑的污染，也是需要留意的方面。2.3酸腐蝕當(dāng)濃縮爐水含有較多的MgCl2和CaCl2，這兩種化合物會與水作用生成鹽，使?fàn)t水中氫離子濃度增加。軟扮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。酸腐蝕的特征是被腐蝕的爐管表面消失與堿腐蝕類似的麻點(diǎn)和凹坑，但由于Fe2O3不溶于酸性介質(zhì)，故在酸腐蝕的爐管表面會消失紅色氧化層(Fe2O3)。防止汽膜形成和表面結(jié)垢，防止?fàn)t水污染，準(zhǔn)時消退酸性殘液，可以減輕酸腐蝕。2.4氣體腐蝕鍋爐給水中如含有較多的氧和二氧化碳?xì)怏w，就會使?fàn)t管發(fā)生電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是由于在金屬表面形成若干微電池的結(jié)果。在微電池的陽極，鐵失去電子，F(xiàn)e++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、二氧化碳等陽離子時，這些陽離子極易接受電子，金屬表面上的電子會從微電池的陽極流向陰極，在陽極處與爐水中的陽離子結(jié)合而消逝。于是，微電池陽極處的電平衡遭到破壞，使Fe++連續(xù)溶入水中，從而使該處的金屬不斷遭到腐蝕。這種在陽極處接受電子并使之消的的作用稱之為去極化，引起去極化作用的特質(zhì)叫去極劑。氧是劇烈的去極劑，其去極化作用為：O2+4e+2H2O→4OH-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。鍋爐給水通常要經(jīng)過脫氧處理，但假如脫氧不好，就可能在脫氧后給水中仍舊含有氧氣。例如：脫氧器的塔板損壞，或操作條件不合適，達(dá)不到脫氧要求；聯(lián)氨加入位置不合適，來不及和水中殘余氧進(jìn)行充分反應(yīng)等。除了在給水中帶入溶解氧以外，氧還可以隨腐蝕產(chǎn)物如三氧化二鐵及氧化銅等物質(zhì)帶入鍋爐?；蛘咴诎l(fā)生事故的狀況下，由于冷水線突然打開，造成系統(tǒng)真空而漏入空氣等。防止氧腐蝕的方法有：除了對鍋爐給水有效除氧外，應(yīng)提高給水管爐水流速，避開氧氣在個別區(qū)域積聚，使氧氣與金屬壁面勻稱接觸，形成較勻稱的腐蝕等。給水中存在二氧化碳?xì)怏w等，將發(fā)生如下反應(yīng)，使?fàn)t水中氫離子H+濃度增加，使?fàn)t水呈酸性：CO2+H2O?H2CO3?H++HCO-3氫離子是去極劑，它發(fā)生如下極化作用，使腐蝕加劇(即所謂CO2腐蝕)。2H+2e?2HH2↑CO2腐蝕一般為勻稱腐蝕，形成的鐵銹粗松，易被水沖起，不能形成愛護(hù)膜，使腐蝕連續(xù)進(jìn)行下去。防止方法是在鍋爐給水中盡量除掉CO2氣體及碳酸化合物。2.5氫脆氫脆的產(chǎn)生是由于氫原子進(jìn)入金屬后，在晶粒邊界處積聚，形成氫分子。由于氫分子不能集中，積累后產(chǎn)生很大的內(nèi)壓，使金屬晶格應(yīng)變大增加，因而降低了金屬的韌性，引起脆性。上面提到的汽水腐蝕、堿腐蝕、酸腐蝕以及酸洗后都會產(chǎn)生氫。氫脆的特征是其斷裂面無明顯的塑性變形，斷品形貌大都是晶間開裂。防止氫脆要從兩方面入手：阻擋氫在鋼中的集中和降低氫含量。前者要求選用耐氫脆鋼作為爐管材料(如在鋼中添加0.2%以上的Cu可以有效增加氫侵入鋼中的阻力，添加Co、Cu+Co+Cu+W及Ni等元素也是有效的)。為了降低氫含量，在鍋爐運(yùn)行中，應(yīng)有效掌握能析出氫的汽水腐蝕、堿腐蝕及酸腐蝕等。3管外腐蝕3.1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)合物，凝聚在爐管表面而形成熔融層，破壞了原有的氧化層愛護(hù)膜，從而加速了爐管材料的氧化過程?；抑赂g是過熱器和再熱器等高溫爐管常見的腐蝕形式。對于燃油鍋爐，重油中所含的釩附著在過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+2V2O5→Fe2O3+3V2Fe2O3+2V2O5→+2FeVO46V2O4+3O2→6V2O5金屬表面附著的熔融狀態(tài)的釩化合物，將外界供應(yīng)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)氧的供應(yīng)。當(dāng)煙氣中含有Na2SO4時，不單是氧化，還會發(fā)生由Na2SO4引起高溫腐蝕(稱之為硫化腐蝕)。對于燃煤鍋爐和以城市垃圾為燃料的鍋爐，煙灰中的硫酸鉀同樣起到促進(jìn)氧化的目的。此外，對于以城市垃圾為燃料的鍋爐，煙氣中含有濃度較高的氯，這將會導(dǎo)致爐管的應(yīng)力腐蝕。防止灰致腐蝕，應(yīng)從掌握爐管溫度，提高凝聚物熔點(diǎn)、掌握煙氣中氧含量、爐管表面處理和選材等方面考慮?？紤]到煙