鍋爐管道腐蝕的原因分析和建議

1、v1.0可編輯可修改1鍋爐管道腐蝕 的原因、分析及建議xxx（xxxxxxxxxx發(fā)電有限責(zé)任公司XXXXXX 044602 ）摘要：四管爆漏是火力發(fā)電廠中常見、多發(fā)性故障，而管道的腐蝕常常中四管泄漏的重要原因。大部分管道腐蝕的初始階段，其泄漏量和范圍都不大，對(duì)于故障的部位不好確定和判斷。一般要經(jīng)過幾天或更長(zhǎng)時(shí)間泄漏程度才會(huì)逐漸增大，發(fā)展成為破壞性泄漏或爆管，嚴(yán)重威脅著火力發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行，故本文對(duì)鍋爐四管腐蝕的原因進(jìn)行了分析并根據(jù)相應(yīng)的原因提出了一些建議。關(guān)鍵詞：腐蝕、 硫化物、氯化物0 前言腐蝕是火力發(fā)電廠中常見的故障。腐蝕的初始階段，沒有明顯的現(xiàn)象或其泄漏量和范圍都小，對(duì)于故障的部位

2、不好確定和判斷。一般要經(jīng)過幾天或更長(zhǎng)時(shí)間泄漏程度才會(huì)逐漸增大， 同時(shí)局部的泄漏會(huì)沖刷周圍鄰近的管壁，造成連鎖性破壞，危及到整個(gè)鍋爐運(yùn)行的安全。1 腐蝕的原因廣義的腐蝕指材料與環(huán)境間發(fā)生的化學(xué)或電化學(xué)相互作用而導(dǎo)致材料功能受到損傷的現(xiàn)象。狹義的腐蝕是指金屬與環(huán)境間的物理-化學(xué)相互作用，使金屬性能發(fā)生變化， 導(dǎo)致金屬,環(huán)境及其構(gòu)成系功能受到損傷的現(xiàn)象。1 1管內(nèi)壁腐蝕：也稱水汽側(cè)腐蝕。1 1 1溶解氧腐蝕。1 1 2垢下腐蝕。1 1 3堿腐蝕1 1 4氫損傷。1 1 5銅氨化合物腐蝕。1 2煙氣側(cè)腐蝕。1 2 1高溫腐蝕。v1.0可編輯可修改21. 2. 2低溫腐蝕。1. 3應(yīng)力腐蝕，也稱沖蝕。指

3、管道受到腐蝕和拉（壓）應(yīng)力的綜合效應(yīng)。3設(shè)備發(fā)生腐蝕的理論原因分析3.1管內(nèi)壁腐蝕3.1.1溶解氧腐蝕由于Fe與02、CO2之間存在電位差，形成無數(shù)個(gè)微小的腐蝕電池， Fe是電池中的陽(yáng)極， 溶解氧起陰極去極化作用，F(xiàn)e比02等的電位低而遭到腐蝕。當(dāng)pH值小于4或在強(qiáng)堿環(huán)境中，腐蝕加重，pH值介于413之間，金屬表面形成致密的保護(hù)膜（氫氧化物），腐蝕速度減慢。腐蝕速度與溶解氧的濃度成正比，隨著給水速度提 高、鍋爐熱負(fù)荷增加、溶解氧腐蝕也隨之加劇。3.1 . 2垢下腐蝕由于給水質(zhì)量不良或結(jié)構(gòu)缺陷防礙汽水流通，造成管道內(nèi)壁結(jié)垢。垢下腐蝕介質(zhì)濃度高，又處于停滯狀態(tài)，會(huì)使管內(nèi)壁發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，這種腐蝕與

4、爐水的局部濃縮有關(guān)。如果補(bǔ)給水或因凝汽器泄漏（河水）使?fàn)t水含碳酸鹽，其沉積物下局部濃縮的爐水（沉積著高濃度的 0H-） pH值上升到13以上時(shí)發(fā)生堿對(duì)金屬的腐蝕。如果凝汽器泄漏的是海水或含Cl-的天然水，水中的 MgCI2、CaCI2將進(jìn)入鍋爐、產(chǎn)生強(qiáng)酸 HCI，這樣沉積物下濃縮的爐水（很高濃 度的H+） pH值快速下降，而發(fā)生對(duì)金屬的酸性腐蝕。3.1 . 3堿腐蝕游離堿會(huì)在多孔性沉積物和管內(nèi)表面濃縮，濃縮的強(qiáng)堿會(huì)溶解金屬保護(hù)膜而形成鐵酸根與次鐵酸根離子的混合物，當(dāng)管壁表面局部堿濃度超過40%時(shí)，會(huì)釋放出氫氣，從而形成金屬表面深而廣的腐蝕，也稱延性腐蝕。3.1 . 4氫損傷（氫損傷實(shí)際就是酸性

5、腐蝕）一般情況下給水與管壁（Fe）發(fā)生反應(yīng)生成 H2和Fe3O4保護(hù)膜Fe3O4阻隔H2進(jìn)入管壁金屬而被爐水帶走，當(dāng)給水品質(zhì)不佳或管內(nèi)結(jié)垢會(huì)生成 Fe2O3 和 FeC。Fe2O3、FeO比較疏松、附著性很差，有利于H2向管壁金屬的擴(kuò)散，高溫下晶界強(qiáng)度低， H2與鋼中的碳和 FeC反應(yīng)生成CH4v1.0可編輯可修改3管壁金屬脫碳，CH4積聚在晶界上的濃度不斷升高，形成局部高壓以致應(yīng)力集中，晶界斷裂，產(chǎn)生微裂紋并發(fā)展成網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致金屬?gòu)?qiáng)度嚴(yán)重降低，使金屬變脆而斷裂。3.1. 5銅氨化合物腐蝕在爐水處理中使用脫氧劑和中和胺等均可能產(chǎn)生游離氨。在pH值大于且含溶解氧的情況下，氨會(huì)侵蝕以銅合金為材質(zhì)的冷

6、凝管。一旦銅離子進(jìn)入鍋爐而沉積在管壁上，便會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕而損傷爐管。3. 2煙氣側(cè)腐蝕燃燒過程中，燃料中的硫氧化成 S02部分氧化成SO3SO3與高溫水蒸汽結(jié)合生成 H2SO4 使受熱面產(chǎn)生腐蝕。該腐蝕可以分高溫腐蝕，低溫腐蝕兩類。3. 2. 1高溫腐蝕高溫腐蝕是受熱面在燒結(jié)性灰垢下產(chǎn)生的金屬腐蝕。燃料中的堿性氧化物（Na20 K20在高溫下氣化，流過受熱面時(shí)會(huì)凝結(jié)其管壁上。當(dāng) 管壁周圍為還原性氣氛時(shí)， 游離態(tài)的S與金屬表面發(fā)生急劇反應(yīng)，生成FeS和氧化成Fe2O3S03與堿性氧化物及金屬保護(hù)膜Fe2O3作用產(chǎn)生復(fù)合硫酸鹽。或熔點(diǎn)較低的復(fù)合硫酸鹽，在高溫熔融或半溶融狀態(tài)下，對(duì)金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐

7、蝕，特別在650700C時(shí)，腐蝕更劇烈。煙氣中通常含有腐蝕性氣體（ Cl、H2S NaOH SO2 SO3，這些氣體與金屬管壁發(fā)生 作用，破壞氧化膜，造成金屬腐蝕。如果還原性氣氛與氧化性氣氛交替出現(xiàn)時(shí)，會(huì)使氧化層（保護(hù)膜）變成疏松的海綿狀，更能促使腐蝕的發(fā)生。在鍋爐水冷壁會(huì)發(fā)生高溫硫腐蝕，鍋爐水冷壁管向火側(cè)的高溫腐蝕，也稱為“還原氣氛腐蝕”，是在鍋爐燃用煤種含硫量偏高、爐內(nèi)局部缺氧而存在一氧化碳的還原氣氛、并有未完全燃燒的煤粉沖刷水冷壁表面的條件下形成的。高溫硫腐蝕主要有 2種類型：硫酸鹽型，氯化物型。3. 2. 1.1硫酸鹽型高溫腐蝕煤粉在爐內(nèi)燃燒時(shí)，礦物質(zhì)中的鈉揮發(fā)、升華，非揮發(fā)性硅酸鹽中

8、的鉀通過置換反應(yīng)釋放出來，鈉和鉀與煙氣中的SO3反應(yīng)生成硫酸鈉和硫酸鉀，其露點(diǎn)溫度在877 C左右。當(dāng)汽態(tài)的硫酸鈉與硫酸鉀擴(kuò)散到“較冷的水冷壁管表面”時(shí)，便凝結(jié)在管壁氧化膜上。v1.0可編輯可修改4由于汽相擴(kuò)散速率較硅酸鹽灰粒慣性撞擊沉積的速率快，所以爐管表面上首先沉積的是硫酸 鈉（Na2SO4和硫酸鉀（K2SO4,其沉積速度與揮發(fā)鈉的數(shù)量及煙氣溫度有關(guān)，特別是與煙 氣及壁面的溫度梯度有關(guān)。經(jīng)對(duì)腐蝕的鋼管分析發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)管壁附近呈還原性氣氛并存在含量很高的H2S氣體時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的硫化物型鍋爐水冷壁腐蝕，而且腐蝕速度與煙氣中H2S的濃度幾乎成正比。由黃鐵礦硫造成的腐蝕，黃鐵礦粉末隨高溫?zé)煔饬鲃?dòng)

9、到管壁上，在還原性氣氛下受熱分解釋放出硫化亞鐵和自由原子硫：FeS2 T FeS + S當(dāng)管壁附近有一定濃度的H2S和SO2時(shí)，也可能生成自由原子硫：2H2S + SO2 T 2H2O + 3S在還原性氣氛中，自由原子硫由于缺氧可單獨(dú)存在，當(dāng)管壁溫度達(dá)到350 C時(shí)會(huì)發(fā)生硫化反應(yīng)：Fe + S T FeSH2S還可以透過疏松的 Fe2O3與較致密的磁性氧化鐵（Fe3O4即Fe2O3- FeQ中復(fù)合的FeO反應(yīng)生成FeS:FeO + H2S T FeS + H2OFeS緩慢氧化生成黑色磁性氧化鐵，使管壁受到腐蝕：3FeS + 5O2 T Fe3O4 + 3SO2硫化物型腐蝕所生成的FeS,熔點(diǎn)為

10、1195C，在溫度較低的腐蝕前沿可穩(wěn)定存在。但當(dāng)外層溫度較高時(shí)，F(xiàn)eS則與介質(zhì)中的氧反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為Fe3O4,從而使腐蝕進(jìn)一步擴(kuò)展。硫化氫氣體腐蝕，H2S除了能促進(jìn)硫化物型腐蝕外，還會(huì)對(duì)管壁直接產(chǎn)生腐蝕作用，是水冷壁管腐蝕的另一主要因素，其腐蝕反應(yīng)為：2H2S + Fe T FeS + H2v1.0可編輯可修改52H2S + FeO T FeS + H2O生成的硫化亞鐵又進(jìn)一步氧化形成氧化亞鐵。FeS與FeO的混合物是多孔性的，不起保護(hù)作用，可使腐蝕繼續(xù)進(jìn)行。另外，貼管壁氣氛中的CO也是發(fā)生高溫腐蝕的必要條件。3. 2 . 1. 2氯化物型高溫腐蝕煤中存在一定量的 NaCl，其熔點(diǎn)（801 C）

11、和蒸發(fā)點(diǎn)遠(yuǎn)低于火焰溫度，進(jìn)入爐膛以后即迅速汽化，以氣態(tài)的形式存在，在爐膛內(nèi)可能發(fā)生如下一些反應(yīng)：NaCI + H20 T NaOH + HCI2NaCI + S02 + 1/202 + H20 T Na2SO4 + 2HCI2NaCI + Si02 + H20 T Na2SiO3 + 2HCI生成的HCI氣體使管壁的氧化膜受到嚴(yán)重的破壞，形成汽化點(diǎn)很低的FeCI2 , FeCI2馬上完全揮發(fā)，從而使管壁金屬直接受到 HCI的腐蝕，同時(shí)由于氧化膜受到破壞， 使H2S也能 達(dá)金屬表面，加速管壁金屬的腐蝕速度。HCI氣體對(duì)管壁可能發(fā)生的腐蝕反應(yīng)如下：Fe + 2HCI T FeCI2 + H2Fe0

12、 + 2HCI T FeCI2 + H20Fe203 + 2HCI + C0 T Fe0 + FeCI2 + H20 + C02Fe304 + 2HCI + C0 T Fe0 + FeCI2 + H20 + C02上述反應(yīng)在400600C范圍內(nèi)最為活躍。當(dāng)煤質(zhì)中氯的含量較高時(shí)（大于 %才可能發(fā) 生比較嚴(yán)重的氯化物型高溫腐蝕，一般情況下這種腐蝕發(fā)生的可能性不是很大。4 設(shè)備發(fā)生腐蝕的實(shí)際原因分析4.1煤中含硫量高煤中的硫是造成水冷壁高溫腐蝕的重要原因。煤中的硫可分為無機(jī)硫和有機(jī)硫。 在無機(jī)硫中，絕大多數(shù)為黃鐵礦硫，硫酸鹽硫只占較少比例。而黃鐵礦對(duì)結(jié)渣和腐蝕影響極大， 故 v1.0可編輯可修改6有

13、必要測(cè)定電廠燃煤的全硫及各種形態(tài)硫。4.2管壁溫度與熱負(fù)荷較高較高的管壁溫度為高溫腐蝕提供了條件，因在H2S濃度不變時(shí)，若管壁溫度低于300 C，則水冷壁不腐蝕或腐蝕很慢；若壁溫在300500C范圍內(nèi)，則腐蝕速度與壁溫呈指數(shù)關(guān)系，即壁溫每升高50 C,腐蝕速度增加一倍。因此，高參數(shù)鍋爐容易出現(xiàn)水冷壁的高溫腐蝕。4.3煤粉細(xì)度太粗的煤粉不易燃盡， 火焰拖長(zhǎng)，從而使水冷壁表面附近集中了大量煤粉顆粒，沖刷并磨損水冷壁，破壞了水冷壁管的氧化保護(hù)膜，使管子的腐蝕減薄惡化；另外，煤粉在缺氧的v1.0可編輯可修改條件下燃燒，形成還原性氣氛，也會(huì)產(chǎn)生腐蝕。4.4爐內(nèi)燃燒的風(fēng)粉分離爐內(nèi)燃燒的風(fēng)粉分離是四角切圓燃

14、燒鍋爐普遍存在的問題，這是導(dǎo)致水冷壁高溫腐蝕的空氣動(dòng)力因素。實(shí)際運(yùn)行操作中，為了保證穩(wěn)定燃燒，往往采用較低的一次風(fēng)率和風(fēng)速（貧 煤、無煙煤：2025m/s）,而二次風(fēng)速一般為 4045m/s，致使一、二次風(fēng)的射流剛性相差較 大。一、二次風(fēng)射流噴出燃燒器后，由于爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流的橫向推力的作用及射流兩側(cè)補(bǔ)氣能力的不同，即偏離了噴口的幾何軸線、向背火側(cè)偏轉(zhuǎn)，同時(shí)因射流剛性差異而導(dǎo)致一、二次 風(fēng)分離。部分煤粉在射流下游水冷壁附近缺氧燃燒，形成局部還原性氣氛， 從而導(dǎo)致高溫腐蝕。4.5爐內(nèi)切圓直徑偏大實(shí)踐表明，由于四角切圓燃燒的鍋爐爐內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)的切圓太大，有的鍋爐的最大風(fēng)速處 距水冷壁只有 i2m且由于熱

15、態(tài)時(shí)氣流膨脹，實(shí)際燃燒的直徑還會(huì)進(jìn)一步增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì) 引起爐內(nèi)火焰的沖墻貼壁，這就使水冷壁附近形成強(qiáng)烈燃燒區(qū)，而爐膛中心卻相對(duì)成為弱燃燒區(qū)，一方面造成水冷壁溫升高且附近缺氧而生成大量的還原性氣體，另一方面貼壁風(fēng)速高加強(qiáng)了煤粉顆粒對(duì)水冷壁管表面的沖刷磨損而使新的壁面暴露出來，從而加劇了高溫腐蝕過程。4.6配風(fēng)狀況差如果在運(yùn)行中操作不當(dāng)，加上風(fēng)、粉配比不合理，則會(huì)導(dǎo)致爐內(nèi)配風(fēng)狀況很差，爐內(nèi)氧量及溫度的波動(dòng)過于劇烈，氧化氣氛與還原氣氛交替在水冷壁附近出現(xiàn)，一、二次風(fēng)混合不完全，煤粉著火和燃盡程度差，且形成海綿狀的氧化層更有利于腐蝕介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。5 防止設(shè)備發(fā)生腐蝕的措施5.1合理配風(fēng)與強(qiáng)化爐內(nèi)燃燒主

16、要是避免爐內(nèi)出現(xiàn)局部還原性氣氛，以減少硫化物型腐蝕。5.1.1合理分配各燃燒器負(fù)荷，以控制燃燒器區(qū)域的壁面熱流密度和單只火嘴的熱功率， 降低爐膛內(nèi)局部火焰的最高溫度。v1.0可編輯可修改5.1 . 2合理調(diào)整一次風(fēng)風(fēng)速。適當(dāng)增加直流燃燒器的一次風(fēng)速有利于防止氣流偏轉(zhuǎn)，而旋流燃燒器的一次風(fēng)率直接影響到煤粉氣流著火的快慢。特別是對(duì)燃用低揮發(fā)分的煤種，為加6v1.0可編輯可修改9快著火，應(yīng)限制一次風(fēng)量，使煤粉著火的穩(wěn)定性較好； 如果受到一次風(fēng)率的限制難以降低一 次風(fēng)速，則可改造一次風(fēng)口，減小其截面積來降低一次風(fēng)速。5.1. 3檢查與調(diào)整各風(fēng)量擋板的調(diào)節(jié)位置，以避免配風(fēng)工況紊亂、燃燒過程難以控制以至于

17、風(fēng)粉氣流刷墻等情況。5.1 . 4適當(dāng)縮小切圓直徑，以使強(qiáng)燃燒區(qū)向爐膛中心轉(zhuǎn)移；適當(dāng)調(diào)整燃燒工況以使火焰均勻地充滿爐膛，避免火焰長(zhǎng)期固定地偏向一邊。5.1 . 5適當(dāng)開大直流式燃燒器的燃料風(fēng)擋板，使一次風(fēng)粉被高速的周界風(fēng)包圍起來，增加其剛性且避免大的偏轉(zhuǎn)。5. 2均勻供粉在運(yùn)行中，若不能保證向各燃燒器均勻送粉，則各燃燒器煤粉空氣配比就不可能保持均勻，易導(dǎo)致爐內(nèi)局部缺氧、著火困難和燃燒不穩(wěn)定。因此，對(duì)于煤粉管道，一方面應(yīng)盡量減少它的彎頭及長(zhǎng)度，另一方面可在管道內(nèi)裝設(shè)十字形的整流裝置來盡量消除氣流旋轉(zhuǎn)、加裝導(dǎo)流板來減輕因彎頭而引起的煤粉慣性分離；對(duì)于中儲(chǔ)式系統(tǒng)，應(yīng)保持粉倉(cāng)粉位高于最低粉位，防止出現(xiàn)煤粉流量及爐溫、氧量的大幅波動(dòng)；對(duì)于直吹式系統(tǒng)，應(yīng)注意控制一次風(fēng)壓不 可