電廠化學(xué)(培訓(xùn)教材課件7-9)

1、第7章 熱力設(shè)備的腐蝕及防止7.1 金屬腐蝕的基本理論7.2 給水系統(tǒng)金屬的腐蝕7.3 汽包爐水汽系統(tǒng)的腐蝕及防止7.4 熱力設(shè)備的停用保護(hù)7.5 600MW超臨界爐停用保護(hù)實(shí)例7.6 600MW汽包爐停用保護(hù)實(shí)例 17.1 金屬腐蝕的基本理論 金屬腐蝕是指金屬表面與周圍環(huán)境發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而引起金屬破壞或變質(zhì)的現(xiàn)象。環(huán)境一般指材料所處的介質(zhì)、溫度和壓力等。電廠的熱力設(shè)備在制造、運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行和停運(yùn)期間，會(huì)發(fā)生各種形態(tài)的腐蝕。研究熱力設(shè)備的腐蝕就是要分析熱力設(shè)備腐蝕的特點(diǎn)，了解腐蝕產(chǎn)生的條件，找出腐蝕產(chǎn)生的原因，掌握腐蝕的防止辦法。金屬腐蝕按其腐蝕機(jī)理的不同可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩類

2、。1化學(xué)腐蝕 金屬的表面與其周圍介質(zhì)直接進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，在不產(chǎn)生電流的情況下使金屬遭到破壞的現(xiàn)象稱為化學(xué)腐蝕。這種腐蝕多發(fā)生在非導(dǎo)體中或干燥氣體中。例如爐管的外表面受高溫爐煙的氧化，在過熱蒸汽中形成的汽水腐蝕，不含水的潤(rùn)滑油對(duì)金屬的腐蝕等，均屬于化學(xué)腐蝕類。2電化學(xué)腐蝕 在金屬遭到破壞的過程中，伴有電流產(chǎn)生的腐蝕稱為電化學(xué)腐蝕。金屬在水溶液中或在潮濕空氣中的腐蝕，屬于電化學(xué)腐蝕。如在電廠，原水、補(bǔ)給水、給水、鍋爐水、冷卻水以及與濕蒸汽接觸的設(shè)備所遭受的腐蝕等。2(1)電極電位 將一塊金屬插入電解質(zhì)溶液中時(shí)所構(gòu)成的體系，稱為電極。電廠中所有與水相接觸的熱力設(shè)備均可看作為這樣的電極。金屬是以金屬晶體

3、的形式存在的，在金屬晶體中，金屬的原子和金屬的陽離子構(gòu)成晶體的晶格結(jié)點(diǎn)，自由電子在晶格間的孔隙中作無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，通過靜電引力使各晶格結(jié)點(diǎn)的金屬原子或金屬陽離子緊密聯(lián)系起來，也使各晶格結(jié)點(diǎn)在金屬原子和金屬離子之間不斷相互轉(zhuǎn)化。 當(dāng)金屬與水溶液接觸時(shí)，由于極性水分子的水合作用，使金屬陽離子脫離其表面形成水合離子溶入水溶液中，反應(yīng)如下：Fe+nH2O=Fe2+nH2O+2e 由于金屬陽離子脫離金屬表面，而自由電子仍留在金屬上，因此金屬帶負(fù)電，水溶液帶正電。通過靜電引力，溶液中的過剩陽離子緊緊靠近金屬表面，與金屬上的多余負(fù)電荷形成雙電層。隨著金屬的不斷溶解，金屬中的負(fù)電荷越來越多，其對(duì)于金屬陽離子的束縛

4、作用越來越強(qiáng)，金屬的溶解速度逐漸降低。另一方面，水溶液中的金屬陽離子可以擺脫水分子的水合作用而返回到金屬的表面發(fā)生沉積，同樣隨著金屬的不斷溶解，隨著金屬的不斷溶解，金屬中的負(fù)電荷越來越多，其對(duì)于金屬陽離子的束縛作用越來越強(qiáng)，金屬的溶解速度逐漸降低。另一方面，水溶液中的金屬陽離子可以擺脫水分子的水合作用而返回到金屬的表面發(fā)生沉積，同樣隨著金屬的不斷溶解，這種沉積的趨勢(shì)將越來越強(qiáng)，即金屬離子的沉積速度逐漸增大。當(dāng)金屬與溶液之間發(fā)生的這種溶解和沉積的速度相等時(shí)，則電極反應(yīng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡：此時(shí)，雙電層中正負(fù)電荷的數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定，溶液中的過剩離子數(shù)量亦穩(wěn)定。3 (2) 腐蝕電池 當(dāng)電極過程達(dá)到平衡時(shí)，金屬與

5、溶液間形成的雙電層亦處于一種動(dòng)態(tài)平衡，它將阻礙金屬繼續(xù)溶解。若將金屬上的自由電子引出則平衡將被破壞，金屬將繼續(xù)溶解。 不同電極的電極電位不同，如果將兩個(gè)不同電極連接起來，形成閉合回路即組成原電池。如由銅電極與鋅電極組成的銅一鋅原電池。由于銅電極的電極電位高于鋅電極的電極電位，即銅的溶解能力弱于鋅，故鋅電極上有更多的剩余自由電子，這些自由電子在兩電極間的電位差的作用下，通過導(dǎo)線到達(dá)銅電極，在外電路形成電流。此時(shí)銅電極上的自由電子過剩，溶液中的銅離子沉積到銅電極板上中和過剩的自由電子，而在鋅電極上，由于自由電子數(shù)量減少，平衡被破壞，鋅將繼續(xù)溶解。該過程一直持續(xù)到鋅極板完全溶解為止，這種能將化學(xué)能轉(zhuǎn)

6、變?yōu)殡娔艿难b置稱為原電池。金屬與水溶液接觸時(shí)，由于各種原因，金屬內(nèi)部的不同部分產(chǎn)生不同的電極電位而組成原電池。這是金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的根本原因，這種原電池稱為腐蝕電池。金屬各部位形成不同電位的原因很多，如金屬中含有雜質(zhì)又處于介質(zhì)(潮濕空氣、水或電解質(zhì)溶液)中時(shí)，金屬晶粒與晶界之間的能量差別，金屬加工時(shí)所產(chǎn)生的變形和內(nèi)應(yīng)力不同而造成的金屬的物理不均勻性，金屬所接觸的溶液組成和濃度的差異，金屬表面的溫度不同等。實(shí)際上，腐蝕電池是由于各種原因在金屬的某些部分形成的許多肉眼看不見的小型微原電池。在原電池中，失去電子的金屬電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，該金屬溶解(即腐蝕)，此電極稱為陽極(如鋅電極)，另一個(gè)得到電

7、子發(fā)生還原反應(yīng)的電極稱為陰極(如銅電極)。4 金屬的電化學(xué)腐蝕是由腐蝕電池作用引起的，其腐蝕速度決定于此腐蝕電池所產(chǎn)生電流的大小，據(jù)此，可估算出腐蝕速度。在腐蝕電池中，金屬本體就是它的外電路。照此說來，其電流應(yīng)該很大，腐蝕速度很快，但是實(shí)際上腐蝕速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于估算值。這是因?yàn)楫?dāng)電池形成閉合回路后，即使時(shí)間很短，其兩極的電位差也會(huì)比原先的數(shù)值小得多。這種電位差比起始值減小的現(xiàn)象稱為極化。當(dāng)電池接通后，陰極電位變低(稱為陰極極化)，陽極電位變高(稱為陽極極化)，從而導(dǎo)致陰極和陽極的電位差變小。極化的結(jié)果是腐蝕速度大幅度降低。 通常，在腐蝕電池中陽極極化的程度不大，只有當(dāng)陽極上因氧化產(chǎn)物的積累使金屬

8、表面狀態(tài)發(fā)生了變化，產(chǎn)生了所謂鈍態(tài)的情況下，才顯示出顯著的極化。而在陰極部分，假使接受電子的物質(zhì)不能迅速地?cái)U(kuò)散，或者陰極反應(yīng)產(chǎn)物不能很快被排走，則由于金屬傳送電子的速度很快，由陽極傳送過來的電子就會(huì)堆積起來，產(chǎn)生陰極極化。由此可見，在發(fā)生電化學(xué)腐蝕的情況下，溶液中必定有易于接受電子的物質(zhì)，這些物質(zhì)在陰極上接受電子，消除陰極的極化，使腐蝕速度加快。這種消除或減小電極極化的作用稱為去極化。起去極化作用的物質(zhì)稱為去極化劑。例如，當(dāng)水中有溶解氧(O2)時(shí)，水中溶解氧將會(huì)消耗陰極上的自由電子起去極化作用：O2+2H2O+4e = 4OH這種水中溶解氧充當(dāng)去極化劑發(fā)生的金屬腐蝕過程稱為吸氧腐蝕（氧的去極化

9、腐蝕）。當(dāng)水溶液的pH值較低時(shí)，水中H+濃度大，此時(shí)H+就是去極化劑，它的去極化作用為：2H+2e = H2這種氫離子充當(dāng)去極化劑，發(fā)生的金屬腐蝕過程稱為析氫腐蝕（氫的去極化腐蝕）。 5(4)金屬的腐蝕速度 金屬腐蝕的速度是表示單位時(shí)間內(nèi)金屬腐蝕程度的一種方法，通常是用平均腐蝕速度來表示。平均腐蝕速度有時(shí)簡(jiǎn)稱為腐蝕速度。常用的兩種腐蝕速度表示方法為：(1)按質(zhì)量的減少表示。金屬的腐蝕程度可以由樣品腐蝕后重量的減少來評(píng)定。這種方法常用來比較各種介質(zhì)的侵蝕性。(2)按腐蝕深度表示。當(dāng)兩種金屬的密度不同時(shí)，按重量計(jì)若其腐蝕速度相等，它們的腐蝕深度顯然是不等的，密度大的金屬，其腐蝕深度要淺一些。因此，

10、為了表示腐蝕的危害性，用腐蝕深度來評(píng)定腐蝕速度更為適當(dāng)，通常用毫米年來表示。2.3 影響電化學(xué)腐蝕的因素 影響金屬腐蝕的因素可分為金屬本身的內(nèi)在因素和周圍介質(zhì)的外在因素兩方面。影響金屬腐蝕的內(nèi)在因素有金屬的種類、結(jié)構(gòu)，金屬中含有的雜質(zhì)等。其中，金屬的種類是一個(gè)很重要的因素，不同金屬的耐腐蝕性能有很大差別。對(duì)于某一確定的金屬設(shè)備來說，外在因素的影響就成為影響該設(shè)備金屬腐蝕的主要因素。影響金屬腐蝕的外在因素主要包括水中的溶解氧量、pH值、溫度、鹽類的成分和含量等。6 鍋爐給水系統(tǒng)包括給水和凝結(jié)水管道，給水泵，凝結(jié)水泵，高、低壓加熱器，省煤器，疏水箱等設(shè)備。在此系統(tǒng)中的水所溶解的氧和二氧化碳是引起該

11、系統(tǒng)金屬腐蝕的主要原因。1. 給水系統(tǒng)的腐蝕1.1溶解氧腐蝕(1)腐蝕機(jī)理 溶解氧腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕，鐵和氧形成兩個(gè)電極，組成腐蝕原電池。在腐蝕電池中鐵的電位總是比氧的電極電位低，所以鐵是電池的陽極，遭到腐蝕，反應(yīng)如下：Fe Fe2+2e氧為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)：O2+2H2O+4e4OH(2)特征 鋼鐵發(fā)生氧腐蝕時(shí)，常常在其表面形成許多直徑1mm30mm不等的小型鼓包，鼓包表層的顏色由黃褐色到磚紅色，次層是黑色粉末狀腐蝕坑陷，稱為潰瘍性腐蝕。腐蝕產(chǎn)物之所以呈現(xiàn)不同的顏色，是因?yàn)殍F離子會(huì)進(jìn)一步與水中某些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成了各種形態(tài)的氧化鐵。該過程成為腐蝕的二次過程，生成產(chǎn)物稱為二次腐蝕產(chǎn)物。

12、7.2 給水系統(tǒng)金屬的腐蝕7(3) 腐蝕部位 在給水系統(tǒng)中，最易發(fā)生氧腐蝕的部位是給水管道和省煤器，當(dāng)給水含氧量高或除氧器運(yùn)行不正常時(shí)，有可能造成鍋爐內(nèi)發(fā)生氧腐蝕。另外，補(bǔ)給水管道以及疏水箱等也會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的氧腐蝕。1.2 游離二氧化碳腐蝕(1) 腐蝕機(jī)理 當(dāng)水中有游離CO2存在時(shí)，CO2與水發(fā)生如下反應(yīng)，使水呈酸性：CO2+H2 O H2CO3 H+HCO3這樣水中的H+增多，會(huì)產(chǎn)生如下的氫去極化腐蝕：8從腐蝕電池的理論可知，CO2腐蝕就是水中含有酸性物質(zhì)而引起的氫去極化腐蝕。(2) 腐蝕特征 二氧化碳腐蝕生成的產(chǎn)物都是易溶物，它不象氧腐蝕那樣產(chǎn)生潰瘍，而是均勻地使管壁變薄，腐蝕產(chǎn)物被水帶人鍋

13、爐內(nèi)。(3) 腐蝕部位 在熱力系統(tǒng)中，最易發(fā)生CO2腐蝕的部位是凝結(jié)水系統(tǒng)。因?yàn)槟Y(jié)水中CO2含量高，水中含鹽量少，緩沖能力差，所以只要水中含有少量CO2，就會(huì)使其pH值顯著降低。熱力系統(tǒng)中的CO2來源于補(bǔ)給水和漏人凝結(jié)水中的冷卻水帶人的碳酸化合物(HCO3、CO2、CO32)，這些碳酸化合物，經(jīng)過除氧器后可除去大部分CO2，HCO3可部分或全部分解。經(jīng)過除氧器后給水中的碳酸化合物主要是CO32和HCO3，它們進(jìn)入鍋爐后全部分解，放出CO2，反應(yīng)如下： 2HCO3 = CO2+H2O+CO32; CO3+H2O = CO2+2OH 分解產(chǎn)生的CO2隨蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)和凝汽器。在凝汽器中，一部分C

14、O2溶于凝結(jié)水，其余部分被抽氣器抽走。2. 給水系統(tǒng)金屬腐蝕的防止 要防止氧的腐蝕，主要方法是減少水中的溶解氧或在一定的條件下增加溶解氧到一定的濃度。給水除氧方法常采用熱力除氧法和化學(xué)藥劑除氧法。熱力除氧法不僅能除去水中的溶解氧，而且可除去水中其他各種溶解氣體(包括游離CO2)，因此除氧器也可稱為熱力除氣器。9（1）熱力除氧 熱力除氧器按進(jìn)水方式的不同可分為混合式和過熱式兩類。在混合式除氧器內(nèi)，需要除氧的水與加熱用的蒸汽直接接觸，使水加熱到相當(dāng)于除氧器壓力下的沸點(diǎn)，過熱式除氧器中，是先將需要除氧的水在壓力較高的表面式加熱器中加熱，直至其溫度超過除氧器壓力下的沸點(diǎn)，然后，將此熱水引入除氧器內(nèi)，這

15、樣，一部分水會(huì)自行汽化，其余的水就處于沸騰溫度下。 混合式熱力除氧器按照工作壓力的不同，又可區(qū)分為真空式、大氣式和高壓式三種。真空式除氧器是在壓力低于大氣壓下工作的；大氣式除氧器是在稍高于大氣壓下(一般為0.12MPa)工作的；高壓式除氧器是在壓力較高的情況下工作的(高壓和超高壓電廠中常用的工作壓力約為0.59MPa，亞臨界壓力機(jī)組中除氧器最高工作壓力為0.78MPa)。 熱力除氧器的結(jié)構(gòu)從整體上看，可分為脫氣塔(或稱除氧頭)和貯水箱兩部分。脫氣除氧的原理就是亨利定律。（2）化學(xué)除氧 用來進(jìn)行給水化學(xué)除氧的藥品，必須能迅速地和氧完全反應(yīng)，且反應(yīng)產(chǎn)物和藥品本身對(duì)鍋爐的運(yùn)行無害。對(duì)于高壓及更高參數(shù)

16、的鍋爐進(jìn)行化學(xué)除氧所常用的藥品，為聯(lián)氨及肟類、碳酰肼、異抗壞血酸等有機(jī)除氧劑。 聯(lián)氨(N2H4)又稱肼，在常溫下為無色液體，易溶于水，易揮發(fā)，有毒性。其蒸氣對(duì)呼吸道和皮膚損害。聯(lián)氨蒸汽與空氣混合達(dá)到一定比例時(shí)有爆炸的危險(xiǎn)。 聯(lián)氨是很強(qiáng)的還原劑，特別是在堿性水溶液中，可將水中的溶解氧還原，反應(yīng)如下：N2H4+O2 = N2+2H2O，反應(yīng)生成的產(chǎn)物對(duì)熱力設(shè)備的運(yùn)行無任何害處。10 電廠通常將濃度為40的工業(yè)水合聯(lián)氨配成濃度為0.10.2的稀溶液，用活塞泵打入除氧器出口管道中。為了保證除氧效果，一般維持省煤器進(jìn)口給水中N2H4的量在2050gL。在鍋爐啟動(dòng)階段，應(yīng)加大聯(lián)氨的加藥量，控制聯(lián)氨的過剩量

17、在100gL。 聯(lián)氨的加藥點(diǎn)一般設(shè)在除氧器出口的給水母管中，但考慮為延長(zhǎng)聯(lián)氨與氧的作用時(shí)間，并且利用聯(lián)氨的的還原性，減輕低壓加熱器銅管的腐蝕，可以考慮將聯(lián)氨加藥點(diǎn)設(shè)置在凝結(jié)水泵的出口。 112.2 給水加氨處理給水加氨處理的目的是提高給水的pH值，防止產(chǎn)生游離二氧化碳的酸性腐蝕。（1）原理 氨(NH3)溶于水稱為氨水，呈堿性。其反應(yīng)式為：NH3H2O=NH4+OH氨水的堿性可中和CO2與水作用生成的碳酸產(chǎn)生的H+，反應(yīng)如下： NH3H2O+H2CO3 = NH4HCO3+H2O；NH4HCO3+ NH3H2O = (NH4)2CO3+H2O 因此，通過加氨處理，可提高給水的pH值，防止產(chǎn)生游離

18、二氧化碳的酸性腐蝕。從銅鐵防腐效果上全面考慮，目前一般將給水的pH值調(diào)節(jié)在8.59.2范圍內(nèi)。實(shí)踐證明，若單從減緩鋼材腐蝕來說，給水的pH值高于9為好。但在熱力系統(tǒng)中，低壓加熱器及疏水冷卻器、凝汽器都使用了銅合金材料，當(dāng)pH值大于9時(shí)，銅的腐蝕隨pH值增大而明顯加快。（2）加氨的方法氨處理常用的藥品有液氨和氨的水溶液。由于氨為揮發(fā)性物質(zhì)，不論在熱力系統(tǒng)的哪一部位加藥，都可使整個(gè)汽水系統(tǒng)中有氨。一般常把氨加在補(bǔ)給水和給水中。電廠一般是將濃氨液配成15的稀溶液，與聯(lián)氨用同一加藥泵加入除氧器出口管的給水中，也可以設(shè)置單獨(dú)的加藥泵。 12 7.3 汽包爐水汽系統(tǒng)的腐蝕及防止鍋爐運(yùn)行時(shí)，鍋爐內(nèi)水汽的溫度

19、和壓力較高或很高，爐管管壁溫度很高，設(shè)備的各部分的應(yīng)力很大，而且給水中雜質(zhì)在鍋爐內(nèi)發(fā)生濃縮和析出，在鍋內(nèi)常集積有沉淀物，這些因素都會(huì)促進(jìn)腐蝕，并使腐蝕問題復(fù)雜化。所以，雖然進(jìn)入鍋爐的水都是經(jīng)過除氧的，鍋爐水的pH值也常常比較高，但仍然會(huì)發(fā)生腐蝕?，F(xiàn)將水汽系統(tǒng)中可能發(fā)生的腐蝕類型簡(jiǎn)述如下。1沉積物下腐蝕當(dāng)鍋爐內(nèi)金屬表面附著有水垢或水渣時(shí)，在其下面會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，稱為沉積物下腐蝕。這種腐蝕和鍋爐水的局部濃縮有關(guān)，因此也稱為介質(zhì)濃縮腐蝕。這是目前高壓鍋爐內(nèi)常見的一種腐蝕，屬于局部腐蝕。1.1腐蝕機(jī)理 在正常運(yùn)行條件下，鍋爐內(nèi)金屬表面上常覆蓋著一層Fe3O4膜，這是金屬表面在高溫鍋爐水中形成的，其反

20、應(yīng)式如下：3Fe+4H2O = Fe3O4+4H2這樣形成的Fe3O4膜是致密的，具有良好的保護(hù)性能，鍋爐可以不遭到腐蝕。如果此Fe3O4膜遭到破壞，金屬表面直接與高溫爐水接觸，易受腐蝕。 促使Fe3O4膜破壞的一個(gè)重要因素，是鍋爐水的pH值不合適。當(dāng)pH13時(shí)，腐蝕速度也明顯加快。因?yàn)楸Ｗo(hù)膜也被溶解，且鐵與NaOH直接反應(yīng)，其反應(yīng)式為：Fe3O4+4NaOH = 2NaFeO2+Na2FeO2+2H2OFe+2NaOH = Na2FeO2+H213根據(jù)鍋爐水中含有的雜質(zhì)，沉積物下的腐蝕可分為以下兩種情況：(1)酸性腐蝕。當(dāng)凝汽器發(fā)生泄漏，而且冷卻水是海水或苦咸水時(shí)，冷卻水中的MgCl2和Ca

21、Cl2進(jìn)入鍋爐，水解產(chǎn)生濃酸，其反應(yīng)式如下：MgCl2+2H2O = Mg(OH)2+2HCl; CaCl2+2H2O = Ca(OH)2+2HCl這兩個(gè)反應(yīng)的生成物Mg(OH)2和Ca(OH)2會(huì)形成沉積物，使沉積物下蒸發(fā)濃縮鍋水的pH值迅速下降，破壞保護(hù)膜，發(fā)生酸對(duì)金屬的腐蝕，稱酸性腐蝕。(2)堿性腐蝕。當(dāng)補(bǔ)給水中含有碳酸鹽或者凝汽器發(fā)生泄漏，碳酸鹽類分解使鍋爐水中出現(xiàn)游離NaOH，反應(yīng)如下：NaHCO3 = CO2+NaOHNa2CO3+H2O = CO2+2NaOH3Ca(HCO3)2+3Na3PO4 = 6CO2+Ca3(PO4)2+6NaOH這樣使沉積物下蒸發(fā)濃縮的鍋爐水的pH值很

22、快升至13以上，破壞保護(hù)膜，發(fā)生堿對(duì)金屬的腐蝕，稱為堿性腐蝕。14 由上述可知，在沉積物下可能發(fā)生酸性或堿性兩種不同類型的腐蝕。這兩種腐蝕，又根據(jù)其損傷情況的不同，分為延性腐蝕和脆性腐蝕?，F(xiàn)分別介紹如下：(1)延性腐蝕。這種腐蝕多發(fā)生在多孔沉積物下面，是由于沉積物下的堿性增強(qiáng)而產(chǎn)生的。特征是產(chǎn)生凹凸不平的腐蝕坑，坑上覆蓋有腐蝕產(chǎn)物，坑下金相組織和機(jī)械性能都沒有變化，金屬仍然保留它的延性，所以稱為延性腐蝕。當(dāng)腐蝕坑達(dá)到一定的深度以后，管壁變薄，這時(shí)便會(huì)因過熱而鼓包或爆管。(2)脆性腐蝕。這種腐蝕多發(fā)生在比較致密的沉積物下面，是由于沉積物下酸性增強(qiáng)而產(chǎn)生的。發(fā)生這種腐蝕時(shí)，產(chǎn)生的H2使金屬有明顯的

23、脫碳現(xiàn)象，腐蝕部位的金相組織發(fā)生了變化，即 C+2H2 = CH4 產(chǎn)生的甲烷氣體在沉積物下不易逸出，以致在晶格間形成較大的應(yīng)力，導(dǎo)致金屬逐漸形成裂紋，使金屬變脆。嚴(yán)重時(shí)，管壁還未變薄就會(huì)爆管。這種腐蝕是因?yàn)楦g反應(yīng)中產(chǎn)生的氫滲入到金屬內(nèi)部引起的，因此又稱為氫脆。1.3 防止方法 發(fā)生沉積物下腐蝕的基本條件是鍋爐爐管上有沉積物和鍋爐水有侵蝕性。因此，要防止沉積物下腐蝕，既要防止鍋爐爐管上形成沉積物又要消除鍋爐水的侵蝕性。通常采用以下措施：(1)新裝鍋爐投入運(yùn)行前，應(yīng)進(jìn)行化學(xué)清洗，鍋爐運(yùn)行后要定期清洗，以除去沉積在金屬管壁上的腐蝕產(chǎn)物。(2)提高給水水質(zhì)，防止給水系統(tǒng)腐蝕而使給水中的銅、鐵含量增

24、大。(3)盡量防止凝汽器泄漏。(4)調(diào)節(jié)鍋爐水水質(zhì)，消除或減少鍋爐水中的侵蝕性雜質(zhì)。(5)做好鍋爐的停用保護(hù)工作，防止停用腐蝕，以免爐管金屬表面上附著腐蝕產(chǎn)物，同時(shí)，還可避免由于停用腐蝕產(chǎn)物而增加運(yùn)行時(shí)鍋爐水的含鐵量。157.4 熱力設(shè)備的停用腐蝕及保護(hù)1熱力設(shè)備停用時(shí)的腐蝕熱力設(shè)備停用時(shí)，如果不采取有效的保護(hù)措施，其水汽系統(tǒng)的金屬內(nèi)表面會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的氧腐蝕，這種腐蝕稱為停用腐蝕。發(fā)生這種腐蝕是因?yàn)楫?dāng)熱力設(shè)備（如鍋爐）停用后，外界空氣必然會(huì)大量進(jìn)入爐內(nèi)水汽系統(tǒng)內(nèi)，此時(shí)，鍋爐雖已放水，但在爐管金屬的內(nèi)表面上往往因受潮而附著一薄層水膜，空氣中的氧便溶解在此水膜中，使水膜中飽含溶解氧，所以很容易引起金

25、屬的氧腐蝕。若停用后未將鍋內(nèi)的水排放或者有的部位水無法放盡，使一些金屬表面仍被水浸潤(rùn)著，則同樣會(huì)因大量空氣中的氧溶解在這些水中，而使金屬遭到溶解氧腐蝕。停用腐蝕的危害性有兩方面：一方面，在短期內(nèi)使停用設(shè)備金屬表面遭到大面積腐蝕，而運(yùn)行鍋爐一般只在省煤器前部發(fā)生氧腐蝕，另一方面，加劇熱力設(shè)備運(yùn)行時(shí)的腐蝕。停爐腐蝕產(chǎn)物在鍋爐運(yùn)行時(shí)大量進(jìn)入鍋爐水中，使鍋爐水含鐵量增大，加劇鍋爐爐管中沉積物的形成。停用腐蝕使金屬表面上產(chǎn)生的沉積物及所造成的金屬表面粗糙狀態(tài)，會(huì)成為運(yùn)行中腐蝕的促進(jìn)因素。由上述可知，停用腐蝕的危害性非常大，防止鍋爐水汽系統(tǒng)的停用腐蝕，對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行有重要的意義。為此，在鍋爐停用期間，必

26、須對(duì)其水汽系統(tǒng)采取保護(hù)措施。162鍋爐停用保護(hù)的方法防止鍋爐水汽系統(tǒng)發(fā)生停用腐蝕的方法較多，按其作用原理可分為以下三類：(1)阻止空氣進(jìn)入停用鍋爐的水汽系統(tǒng)內(nèi)。這類方法包括充氮法、保持蒸汽壓力法等。(2)降低熱力設(shè)備水汽系統(tǒng)內(nèi)部的濕度。當(dāng)停用設(shè)備內(nèi)部相對(duì)濕度小于20時(shí)，就能避免腐蝕。這類方法有烘干法、干燥劑法等。(3)加緩蝕劑，使金屬表面生成保護(hù)膜，如加十八烷胺。 現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹幾種常用的保護(hù)法：2.1 加聯(lián)氨氨法此法是在鍋爐內(nèi)充滿聯(lián)氨(N2H4)和氨(NH3)的混合液。其防腐的原理是利用聯(lián)氨的還原性，除掉水中的溶解氧。其反應(yīng)為：N2H4+O2 = N2+2H2O 加氨的目的是調(diào)節(jié)水的pH。為了保

27、證保護(hù)效果，聯(lián)氨的過剩量應(yīng)維持在200mg/L，pH值應(yīng)大于10。在保護(hù)過程中，應(yīng)定期檢查聯(lián)氨濃度和pH值，若不符合要求，應(yīng)及時(shí)采取措施。聯(lián)氨法宜用于停用時(shí)間較長(zhǎng)或備用的鍋爐。使用聯(lián)氨保護(hù)的鍋爐，在啟動(dòng)前，應(yīng)將聯(lián)氨和氨水排放干凈，并進(jìn)行沖洗。在鍋爐點(diǎn)火以后，應(yīng)先向空排汽，當(dāng)蒸汽中氨含量小于2mgkg時(shí)才可送汽，以免氨濃度過大腐蝕凝汽器銅管。172.2 保持給水壓力法保持給水壓力法是在鍋爐內(nèi)充滿除氧合格的給水，并用給水泵頂壓，使鍋爐內(nèi)水的壓力為0.51.0MPa，然后將水汽系統(tǒng)所有閥門關(guān)閉，以防止空氣滲入鍋爐內(nèi)而達(dá)到防腐的目的。保護(hù)期間應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)督鍋爐內(nèi)的壓力。如果發(fā)現(xiàn)水的壓力下降，應(yīng)查明原因，再

28、送給水頂壓。保護(hù)期間應(yīng)每天分析水中溶解氧一次。若含氧量超過給水所允許的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)換含氧量合格的給水。此法一般適用于短期停用的鍋爐。冬季采用此法保護(hù)時(shí)，應(yīng)有防凍措施。2.3 氨液法氨液法是基于在含氨量很大的水(8001000mg/L)中，鋼鐵具有不會(huì)被氧腐蝕的性能。氨液停用保護(hù)法，是將凝結(jié)水或補(bǔ)給水配制成含氨量為800mg/L以上的稀氨液，用泵打人鍋爐水汽系統(tǒng)內(nèi)，并使其在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，直到各采樣點(diǎn)取得樣品的氨液濃度趨于相同，然后將鍋爐所有閥門關(guān)嚴(yán)，以免氨液漏掉。在保護(hù)期間，每星期應(yīng)分析氨液濃度一次，若發(fā)現(xiàn)氨的劑量顯著下降，應(yīng)尋找原因，采取預(yù)防措施并補(bǔ)加新氨液。鍋爐充氨液前，應(yīng)將存水放掉，立式過熱

29、器內(nèi)存水應(yīng)用氨液將積水頂出。因?yàn)榘币簩?duì)銅制件有腐蝕作用，事先應(yīng)拆除或者隔離可能與氨液接觸的銅制件。氨液容易蒸發(fā)，故水溫不宜過高，系統(tǒng)要求嚴(yán)密。鍋爐啟動(dòng)前，應(yīng)將全部氨液排出后再進(jìn)水，在鍋爐點(diǎn)火并升汽壓后，用蒸汽沖洗過熱器并向空排汽，直到蒸汽中含氨量小于2mg/kg，才可將鍋爐出口蒸汽并入主蒸汽母管或向汽輪機(jī)送汽。采取這種措施的目的，是為了防止蒸汽含氨量太高引起銅制件的腐蝕。氨液法適用于保護(hù)長(zhǎng)期停用的鍋爐。若冬季鍋爐房氣溫低，有冰凍可能時(shí)，采取此法也應(yīng)有防凍措施。182.4烘干法此法適用于從運(yùn)行轉(zhuǎn)入檢修的鍋爐的保護(hù)。鍋爐熄火后，當(dāng)鍋爐壓力降至一定值，鍋爐水水溫大約降至120150時(shí)，進(jìn)行放水。放水

30、后，利用爐內(nèi)余熱或用點(diǎn)火設(shè)備在爐內(nèi)點(diǎn)微火，將鍋內(nèi)金屬表面烘干，同時(shí)輔以負(fù)壓系統(tǒng)抽出濕蒸汽，使鍋爐金屬表面干燥以防止腐蝕。鍋爐檢修完畢后如果不立即投入運(yùn)行，應(yīng)采取其它保護(hù)措施。2.5充氮法將氮?dú)獬淙隋仩t水汽系統(tǒng)內(nèi)，并使其保持一定的正壓(大于外界大氣壓)，以阻止空氣的滲入。由于氮?dú)夂懿换顫?，無腐蝕性，所以可以防止鍋爐的停用腐蝕。其方法為：在鍋爐停爐降壓至0.3MPa0.5MPa時(shí)將充氮管路接好。當(dāng)鍋內(nèi)壓力降至0.05MPa時(shí)，開始由氮?dú)夤藁虻獨(dú)馄拷?jīng)充氮臨時(shí)管路向鍋爐汽包和過熱器等處送氮?dú)狻Ｋ玫獨(dú)獾募兌葢?yīng)達(dá)到99或更高。充氮時(shí)，可將鍋爐水汽系統(tǒng)中的水放掉，也可以不放水。充氮后，鍋爐水汽系統(tǒng)中氮?dú)獾?/p>

31、壓力應(yīng)維持在0.5MPa以上。對(duì)于未放水的鍋爐或鍋爐中不能放盡水的部分，充氮前最好在鍋內(nèi)存水中加入一定劑量的聯(lián)氨，用氨將水的pH值調(diào)至10以上，并定期監(jiān)督水中溶解氧和過剩聯(lián)氨量。充氮時(shí)，鍋爐水汽系統(tǒng)的所有閥門應(yīng)關(guān)閉，并應(yīng)嚴(yán)密不漏，以免泄漏使氮?dú)庀牧窟^大和難以維持氮?dú)鈮毫Α?在充氮保護(hù)期間，要經(jīng)常監(jiān)督鍋爐水汽系統(tǒng)中氮?dú)獾膲毫湾仩t的嚴(yán)密性。若發(fā)現(xiàn)氮?dú)庀牧窟^大，應(yīng)查找泄漏的地方并采取措施消除之。 19 2.6 氣相緩蝕劑法 此法應(yīng)在鍋爐停運(yùn)并用余熱烘干后才能實(shí)施，應(yīng)根據(jù)鍋爐的容量、結(jié)構(gòu)和材質(zhì)等，選用合適的氣相緩蝕劑。要采用適當(dāng)?shù)墓に?，使氣相緩蝕劑揮發(fā)出的氣體能均勻分布在被保護(hù)部分的金屬表面上。

32、對(duì)于大型鍋爐，應(yīng)利用壓縮空氣作載體，將氣相緩蝕劑由鍋爐底部排放水管系統(tǒng)充人，經(jīng)下聯(lián)箱引入鍋爐內(nèi)，充滿鍋爐各部分金屬內(nèi)表面。在充入氣相緩蝕劑時(shí)，定時(shí)從鍋爐爐頂空氣門或排氣門處抽出氣體，測(cè)定氣相緩蝕劑的含量。當(dāng)氣相緩蝕劑的含量符合規(guī)定值時(shí)，停止充氣并迅速封閉鍋爐。停用保護(hù)期間，氣相緩蝕劑的含量應(yīng)符合規(guī)定的控制標(biāo)準(zhǔn)。 2汽機(jī)和凝汽器停用保護(hù)汽輪機(jī)和凝汽器在停用期間一般是采用干法保護(hù)，所以必須使停運(yùn)的汽機(jī)和凝汽器內(nèi)部保持干燥。凝汽器停用后應(yīng)先放干水，再使系統(tǒng)自然干燥或吹干或加入干燥劑。 3加熱器的停用保護(hù)由于低壓加熱器的熱交換管是銅管，一般宜用干法保護(hù)或充氮保護(hù)；而高壓加熱器的熱交換管為鋼管，可采用聯(lián)

33、氨氨保護(hù)，保護(hù)液中聯(lián)氨的濃度為50 mg/L200mg/L，視保護(hù)期長(zhǎng)短而定。保護(hù)液的pH值用氨調(diào)至大于10。4除氧器的停用保護(hù)除氧器的停用保護(hù)根據(jù)保護(hù)期長(zhǎng)短而定。在停用時(shí)間在一周內(nèi)，可采用熱蒸汽有熱循環(huán)的保護(hù)方法，應(yīng)維持水溫高于106。停用時(shí)間在一周至一季度，宜采用放水充氮保護(hù)，或采用聯(lián)氨溶液充氮聯(lián)合保護(hù)。若停用一季度以上，應(yīng)采用放水充氮干法保護(hù)。20鍋爐熱力設(shè)備的停用（可停爐）保護(hù)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備所處狀態(tài)、停用時(shí)間長(zhǎng)短，設(shè)備系統(tǒng)所處的條件和周圍環(huán)境，選擇不同的保護(hù)方法。1 .停爐保護(hù)1）鍋爐停用時(shí)間少于2天，不采取任何保護(hù)方法；2）鍋爐停用時(shí)間35天，對(duì)省煤器、水冷壁及汽水分離器采用加藥濕態(tài)保

34、護(hù)，對(duì)過熱器部分采用干燥后充氮保護(hù)；3）停爐時(shí)間超過5天的，省煤器、水冷壁、汽水分離器和過熱器系統(tǒng)均采用熱爐放水干燥后充氮保護(hù)，或充氣相緩蝕劑保護(hù)。（熱爐放水時(shí)，汽水分離器壓力在0.98MPa以下、汽水分離器入口溫度200以下）。2 .冬季停爐后的防凍1）檢查并投入有關(guān)設(shè)備的電加熱或汽加熱裝置，由熱工投入熱工儀表加熱裝置；2）備用鍋爐的人孔門、檢查孔、檔板等反應(yīng)關(guān)閉嚴(yán)密，防止冷風(fēng)侵入；3）鍋爐各輔助設(shè)備和系統(tǒng)的所有管道，均應(yīng)保持管內(nèi)介質(zhì)流通，對(duì)無法流通的部分應(yīng)將介質(zhì)徹底放盡，以防凍結(jié)；4）停爐期間，應(yīng)將鍋爐所屬管道內(nèi)不流動(dòng)的存水徹底放盡。7.5 600MW超臨界爐停爐保護(hù)實(shí)例217.6 600

35、MW汽包爐停爐保護(hù)實(shí)例1 濕法保護(hù)濕法保護(hù)是在鍋爐停爐后，鍋爐汽水系統(tǒng)和外界嚴(yán)密隔絕，用具有保護(hù)性的水溶液充滿整個(gè)鍋爐受熱面，借以杜絕空氣中的氧進(jìn)入鍋爐內(nèi)。但該法限制在鍋爐汽水系統(tǒng)上進(jìn)行檢修工作時(shí)應(yīng)用，在冬季存在著防凍的問題。濕法保護(hù)可以分為：（1）蒸汽壓力法保護(hù)這種方法的實(shí)質(zhì)是停至熱備用狀態(tài)，主要操作程序如下：1）停爐后，關(guān)閉爐膛各風(fēng)門、檔板、檢查孔、放水閥、取樣閥，減少鍋爐蓄熱量的散失。2）停爐前2h停止鍋爐加藥。3）鍋爐自然降壓至2MPa，進(jìn)行一次鍋爐排污，維持正常的汽包水位。4）鍋爐熱備用期間應(yīng)注意監(jiān)視汽包壓力，若汽包壓力小于0.5MPa，鍋爐應(yīng)點(diǎn)火升壓，維持汽包壓力在0.5MPa以上

36、。（2）氨聯(lián)氨濕法加氮壓保護(hù)再熱器部分不能采用這種方法，如采用，汽輪機(jī)有進(jìn)水的危險(xiǎn)。主要操作程序如下：1)機(jī)組解列后，立即開啟再熱器排空氣閥，利用鍋爐蒸汽的余熱蒸干再熱器。2)鍋爐熄火后，打開一次蒸汽系統(tǒng)上的所有疏水閥、排空氣閥、取樣閥。以100t的流量進(jìn)水至汽包正常水位。3)汽包壓力降至0.5MPa時(shí)向爐內(nèi)加入氨聯(lián)氨溶液，保持鍋水循環(huán)泵運(yùn)行以使?fàn)t內(nèi)藥液濃度均勻。當(dāng)鍋水聯(lián)氨濃度達(dá)200mg/L以上，pH達(dá)1010.5時(shí)停止加藥，半小時(shí)后停止鍋水泵運(yùn)行。4）當(dāng)汽包壓力降至0.2MPa時(shí)，對(duì)汽包過熱器系統(tǒng)進(jìn)行充氮保護(hù)。5）保護(hù)期間，維持氮壓力大于0.3MPa，聯(lián)氨濃度大于200mg/L，pH101

37、0.5否則應(yīng)予補(bǔ)充。222 干法保護(hù)這種方法是經(jīng)常保持鍋爐內(nèi)表面處在干燥狀態(tài)，以防腐蝕。具體方法有：（1）熱爐放水余熱烘干法保護(hù)。這種方法簡(jiǎn)單易行，且適用于鍋爐短期檢修，在實(shí)際中較為常用。熱爐放水時(shí)壓力越高，效果越好，但放水壓力受到鍋爐允許放水溫度的限制，CE型鍋爐采用0.5MPa帶壓放水保護(hù)法后，在過熱器受熱面的彎頭處鉆孔就有大量的積水。這種方法主要操作程序如下：1）機(jī)組解列后，鍋爐維持一定的燃燒率（爐膛出口煙溫小于538），當(dāng)再熱器壓力降到0.2MPa時(shí)，開啟其所有排空氣閥，蒸干再熱器。2）鍋爐熄火爐膛吹掃結(jié)束后，立即停止引、送風(fēng)機(jī)運(yùn)行，關(guān)閉風(fēng)煙系統(tǒng)擋板，維持爐底水封正常，防止鍋爐蓄熱量的

38、散失。3）汽包壓力降至0.50.8MPa時(shí)，開啟鍋爐所有放水閥進(jìn)行放水。4）當(dāng)汽包壓力降至0.2MPa時(shí)，開啟汽包、過熱器上所有空氣閥。5）利用鍋爐余熱，采取自然通風(fēng)的方法將鍋內(nèi)的濕汽排出，在烘干過程中要定期測(cè)量空氣濕度，直至鍋內(nèi)空氣濕度小于70%或等于環(huán)境相對(duì)濕度。6）只有當(dāng)烘干結(jié)束后，方可開啟風(fēng)、煙檔板或引風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)冷卻。（2）氨-聯(lián)氨（或二甲基酮肟）鈍化加熱爐放水法保護(hù)這種方法適應(yīng)于一周以上的鍋爐小修、中修和大修，比單純熱爐放水法效果好，但對(duì)一月以上鍋爐檢修仍不夠理想，當(dāng)鍋爐再次啟動(dòng)時(shí)一般需熱態(tài)清洗，整爐放水三次后，才能符合啟動(dòng)水質(zhì)要求。1）鍋爐熄火后，立即開啟再熱器排空氣閥，利用爐內(nèi)

39、余熱烘干再熱器受熱面。在鍋爐吹掃結(jié)束后，可保留單風(fēng)煙系統(tǒng)10%以下出力運(yùn)行。2）當(dāng)汽包壓力降至0.30.5MPa時(shí)，開啟汽包、過熱器系統(tǒng)排空氣閥。233）當(dāng)鍋水溫度降至100時(shí)，鍋爐放水至汽包水位300mm，由加藥系統(tǒng)向爐內(nèi)加入NH3N2H4（或二甲基酮肟）溶液，直至鍋水中聯(lián)氨濃度達(dá)400 mg/L 500mg/L、pH值9.510時(shí)，停止加藥，開始進(jìn)行24h循環(huán)鈍化計(jì)時(shí)。4）循環(huán)鈍化期間，每小時(shí)分析一次聯(lián)氨（或二甲基酮肟）濃度，維持該濃度在400 mg/L 500mg/L、pH值9.510；維持鍋水溫度在8090，當(dāng)鍋水溫度低于80時(shí)，鍋爐應(yīng)點(diǎn)火投油，以合適燃油量維持鍋水溫度在要求范圍內(nèi)。5

40、）鈍化計(jì)時(shí)結(jié)束后，鍋爐增大燃燒率，提升汽包壓力至0.8MPa（當(dāng)汽包壓力升至0.2MPa時(shí)，關(guān)閉汽包及過熱器排空氣閥），鍋爐熄火。6）停止鍋水泵，開啟鍋爐所有放水閥，排空鈍化液。7）當(dāng)汽包壓力降至0.30.5MPa時(shí)，開啟汽包、過熱器系統(tǒng)排空氣閥，利用余熱蒸干一次系統(tǒng)受熱面。8）停止引、送風(fēng)機(jī)運(yùn)行，關(guān)閉其入口檔板或動(dòng)葉，減少爐內(nèi)蓄熱散失。（3）充氮法保護(hù)該法適應(yīng)于一月以上鍋爐非檢修狀態(tài)時(shí)的保護(hù)，同時(shí)要求系統(tǒng)嚴(yán)密，實(shí)際中很少采用。1）鍋爐熄火后，開啟再熱器排空氣閥，利用爐內(nèi)余熱蒸干再熱器，當(dāng)再熱器還處于正壓狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉再熱器空氣閥進(jìn)行充氮，維持氮?dú)鈮毫υ?.35MPa以上。2）當(dāng)汽包壓力降至0.

41、5MPa時(shí)，由汽包空氣閥向鍋爐內(nèi)充入氮?dú)猓诘獨(dú)鈮毫Ρ３衷?.3MPa0.5MPa條件下，微開下汽包及省煤器放水閥，利用氮壓置換放水，待水放空后，關(guān)閉放水閥。3）當(dāng)鍋內(nèi)氮壓在0.5MPa時(shí)，停止充氮。4）保護(hù)期間，維持氮壓在0.35MPa以上，并定期化驗(yàn)氮?dú)獾募兌?，不合格時(shí)，要進(jìn)行氮?dú)膺叿胚吿幚怼?4第8章 水垢的形成及防止8.1 水垢的形成及分類8.2 水垢的危害及防止8.3 水垢及腐蝕產(chǎn)物的分析8.4 鍋爐的化學(xué)清洗8.5 600MW汽包爐化學(xué)清洗實(shí)例應(yīng)8.6 600MW超臨界爐化學(xué)清洗實(shí)例 258.1 水垢的形成及分類 1. 水垢的特征及組成熱力設(shè)備內(nèi)的水垢，其外觀、物性和化學(xué)組成等特性

42、因水垢生成部位不同、水質(zhì)不同以及受熱面熱負(fù)荷不同等原因而有很大差異。例如，有的水垢堅(jiān)硬，有的水垢較軟；有的水垢致密，有的多孔隙；有的緊緊地與金屬連在一起，有的與金屬表面的聯(lián)系較疏松。水垢顏色也各不相同。為了研究水垢產(chǎn)生的原因，找出防垢的方法，除了應(yīng)該仔細(xì)觀察各部位水垢的外觀特征之外，最重要的是確定水垢的化學(xué)組成。1.1 組成水垢的化學(xué)組成一般比較復(fù)雜，它不是一種簡(jiǎn)單的化合物，而是由許多化合物混合組成的。通常用高價(jià)氧化物表示水垢的化學(xué)成分。這樣便于計(jì)算，分析結(jié)果又比較接近于水垢中各物質(zhì)存在的真實(shí)情況。水垢中各種物質(zhì)主要以氧化物和鹽類形式存在。總的來說可以分成兩大部分即酸性氧化物和堿性氧化物。如N

43、a2O、CaO、MgO、CuO等都是堿性氧化物，SO3、CO2、SiO2和P2O5等都是酸性氧化物。酸性氧化物和堿性氧化物互相反應(yīng)生成鹽，例如：CaO+CO2CaCO3。水垢中的鐵可能以Fe3O4或FeO存在，水垢中的銅可能以Cu2O或Cu存在，而化學(xué)分析結(jié)果都以它們的高價(jià)氧化物Fe3O4和CuO表示，這就會(huì)使分析結(jié)果偏大。為了校正偏差，要進(jìn)行水垢的灼燒增減量的測(cè)定，即在高溫(850-900)下先灼燒垢樣，冷卻后再稱量，求灼燒后水垢重量的增加或減少(稱為灼燒增量或灼燒減量)。灼燒會(huì)使水垢中低價(jià)的氧化鐵、金屬銅等氧化成高價(jià)氧化物，從而增重：2Fe3O4+1/2O2 3Fe2O3;Cu+1/2O2

44、 CuO灼燒還會(huì)使水垢中含有的有機(jī)物、油脂燃燒，變成CO2氣體逸出；還能使水垢中的碳酸鹽分解，逸出CO2氣體：CaCO3 CaO + CO2所以，含有有機(jī)物、油脂和碳酸鹽的水垢灼燒后會(huì)減重。測(cè)定灼燒增減量，對(duì)于研究水垢的組成是有益的。一般來說，水垢化學(xué)分析的結(jié)果，把各種成分的重量百分率相加后，再減去灼燒增量或加上灼燒減量，應(yīng)該在95%-100%的范圍內(nèi)。否則，表明化學(xué)分析的項(xiàng)目未做全或有遺漏，或者表明化學(xué)分析時(shí)有較大的誤差。26水垢中的化學(xué)成分雖然很復(fù)雜，但往往以某種化學(xué)成分為主。例如，直接使用天然水(或自來水)的小型低壓鍋爐，其水垢的主要成分是碳酸鈣等鈣鎂化合物。以一級(jí)鈉離子交換軟化水作補(bǔ)給

45、水的中低壓鍋爐，因凝汽器泄漏，冷卻水(天然水)進(jìn)入給水的鍋爐，其鍋內(nèi)水垢的主要成分為碳酸鈣、硫酸鈣、硅酸鈣等組分。以二級(jí)鈉離了交換作補(bǔ)給水的普通高壓鍋爐，常因補(bǔ)給水除硅不完全或者汽輪機(jī)凝汽器泄漏等原因，鍋爐水冷壁管內(nèi)生成以復(fù)雜硅酸鹽為主要成分的水垢。以除鹽水作補(bǔ)給水的高壓和超高壓鍋爐，由于凝汽器的嚴(yán)密性較高，水處理工藝也較完善，天然水中常見的一些雜質(zhì)已經(jīng)基本上除掉，給水水質(zhì)較純，給水中的雜質(zhì)主要是熱力系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)材料的腐蝕產(chǎn)物，這類鍋爐水冷壁管內(nèi)的水垢，其化學(xué)成分往往以Fe、Cu為主。鑒于以上情況，為了便于研究水垢形成的原因、防止及消除的方法，通常將水垢按其主要化學(xué)成份分為以下幾類：鈣鎂水垢、

46、硅酸鹽垢、氧化鐵垢和銅垢等。下面分別討論其形成原因。2鈣鎂水垢在鈣、鎂水垢中，鈣、鎂鹽的含量常常很大，甚至可達(dá)90%左右、這類水垢又可按其主要化合物的形態(tài)分成：碳酸鈣水垢(CaCO3)、硫酸鈣水垢(CaSO4、CaSO42H2O、2CaSO4H2O)、硅酸鈣水垢(CaSiO3、5CaO5SiO2H2O)、鎂垢Mg(OH)2、Mg3(PO4)2等。碳酸鹽水垢，容易在鍋爐省煤器、加熱器、給水管道以及凝汽器冷卻水通道和冷水塔中生成。硫酸鈣和硅酸鈣水垢，主要在熱負(fù)荷較高的受熱面上，如鍋爐爐管、蒸發(fā)器和蒸汽發(fā)生器內(nèi)等處生成。27形成鈣、鎂水垢的原因是：水中鈣、鎂鹽類的離子濃度乘積大大超過了溶度積，這些鹽

47、類從過飽和溶液中結(jié)晶析出并附著在受熱面上。水中析出物之所以能附著在受熱面上，是因?yàn)槭軣崦娼饘俦砻娲植诓黄?，有許多微小的凸起的小丘。這些小丘，能成為溶液中析出固體時(shí)的結(jié)晶核心。此外，因金屬受熱面上常常覆蓋著一層氧化物(即所謂氧化膜)，這種氧化物有相當(dāng)?shù)奈侥芰?，能成為金屬壁和由溶液中析出物的粘結(jié)層。在各種熱交換器中，水中鈣、鎂鹽類的濃度超過溶解度的原因，有以下幾方面：2.1 隨溫度的升高，某些鈣、鎂化合物在水中的溶解度下降。2.2 在水不斷受熱蒸發(fā)時(shí)，水中鹽類逐漸濃縮。2.3 在水被加熱的過程中，水中某些鈣、鎂鹽類因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從易溶于水的物質(zhì)變成難溶的物質(zhì)而析出。例如在水中發(fā)生碳酸氫鈣和碳酸

48、氫鎂的熱分解反應(yīng)： Ca(HCO3)2CaCO3 +H2O + CO2Mg(HCO3)2Mg(O H) 2 + CO2水中析出的鹽類物質(zhì)，可能成為水垢，也可能成為水渣，這不僅決定于它的化學(xué)成分和結(jié)晶形態(tài)，而且還與析出時(shí)的條件有關(guān)。如在省煤器、給水管道、加熱管、凝冷器冷卻水通道和冷卻塔中，水中析出的碳酸鈣常結(jié)成堅(jiān)硬的水垢，但是在鍋爐、蒸發(fā)器和蒸汽發(fā)生器中，水的堿性較強(qiáng)而且水處于劇烈地沸騰狀態(tài)，此時(shí)，析出的碳酸鈣常常形成海綿狀的松軟水渣造成的金屬的物理不均勻性，28硅酸鹽水垢的化學(xué)成分較復(fù)雜，絕大部分是鋁、鐵的硅酸化合物。在這種水垢中往往含有40%50%的二氧化硅、25%30%的鋁和鐵的氧化物、1

49、0%20%的鉀、鈉氧化物以及鈣、鎂化合物。這種垢的成分和結(jié)構(gòu)常與某些天然礦物如錐輝石(Na2O Fe2O3 4SiO2)、方沸石(Na2O Al2O3 4SiO2 2H2O)、鈉沸石(Na2OAl2O3 3SiO2 2H2O)、黝方石(4Na2O3Al2O3 6SiO2 SO3)等相似。這些復(fù)雜的硅酸鹽水垢，有的多孔，有的很堅(jiān)硬、致密，常常勻整地覆蓋在熱負(fù)荷很高或水循環(huán)不良的爐管內(nèi)壁及汽輪機(jī)低壓缸葉片上。關(guān)于硅酸鹽水垢的形成機(jī)理，目前仍不很清楚。一般認(rèn)為，在高熱負(fù)荷的爐管管壁上從高濃縮的鍋爐水中直接結(jié)晶出硅酸鹽化合物，并在高熱負(fù)荷的作用下，與爐管上的氧化鐵相互作用生成復(fù)雜的硅酸鹽化合物。Na2

50、SiO3 + Fe2O.3Na2OFe2O.3SiO2對(duì)于更復(fù)雜的硅酸鹽水垢，則認(rèn)為是由析出在高熱負(fù)荷的爐管上的鈉鹽、熔融狀態(tài)苛性鈉及鐵、鋁的氧化物相互作用而生成的。4氧化鐵垢氧化鐵垢的主要成分是鐵的氧化物，其含量可達(dá)70%-90%。此外，往往還含有金屬銅及銅的氧化物，少量鈣、鎂、硅和磷酸鹽等物質(zhì)。氧化鐵垢的表面為咖啡色，內(nèi)層是黑色或灰色，垢的下部與金屬接觸處常有少量的、白色的鹽類沉積物。氧化鐵垢最容易在高參數(shù)和大容量的鍋爐內(nèi)生成，但在其它鍋爐中也可能產(chǎn)生。這種鐵垢的生成部位，主要在熱負(fù)荷很高的爐管管壁上，如：噴燃器附近的爐管；對(duì)敷設(shè)有燃燒帶的鍋爐，在燃燒帶上下部的爐管；燃燒帶局部脫落或爐膛內(nèi)

51、結(jié)焦時(shí)的祼露爐管內(nèi)。由氧化鐵垢所引起的爆管事故，也正是發(fā)生在這些區(qū)域。291.3 某電廠2#機(jī)垢樣分析結(jié)果編號(hào)垢樣1汽低靜25級(jí)垢樣2汽低靜27級(jí)垢樣3旋風(fēng)分離器筒壁垢樣4汽高靜11級(jí)垢樣5汽低動(dòng)5級(jí)垢樣6低動(dòng)蕩6級(jí)垢樣7高動(dòng)7級(jí)外觀灰白灰紅黑灰褐銹紅紅褐灰棕Fe3O43.155.9997.1814.537.944.5417.55CuO0.350.330.4423.170.500.4417.82P2O50.120.200.1321.570.430.2836.54SiO291.3277.370.1413.8390.7781.1114.49其它5.5016.801.9327.90.369.3713

52、.630 鍋爐爐管上發(fā)生氧化鐵垢的主要原因在于給水?dāng)y帶鐵的氧化物(爐前熱力系統(tǒng)的腐蝕產(chǎn)物)到鍋內(nèi)所引起。氧化鐵垢的形成與爐水中鐵的氧化物的含量和爐管上的局部熱負(fù)荷直接相關(guān)。氧化鐵垢的形成速度，隨爐水中鐵的含量的提高和熱負(fù)荷的增加而增加。 另外，鍋爐在運(yùn)行過程中發(fā)生堿性腐蝕或汽水腐蝕，其腐蝕產(chǎn)物附在管壁上會(huì)轉(zhuǎn)化成氧化鐵垢。亞臨界汽包爐在水冷壁上的鐵垢或稱腐蝕產(chǎn)物主要是由于微量組分腐蝕性離子氯、硫等引起的。作者對(duì)某電廠亞臨界汽包爐, 水冷壁割管取樣,進(jìn)行X射線衍射物相分析得到主要成份為四氧化三鐵。其表面狀態(tài)經(jīng)電子探針（EPMA）測(cè)試，見下圖。31某電廠運(yùn)行一年后水冷壁割管試樣表面狀態(tài)Elmt Sp

53、ect. Element Atomic Type % % O K ED 18.80 43.66 Mg K ED 0.13 0.21 Al K ED 0.12 0.16 Si K ED 0.10 0.13 P K ED 2.09 2.50 S K ED 0.09 0.11 Cl K ED 0.02* 0.02* Ca K ED 4.17 3.87 Mn K ED 1.65 1.11 Fe K ED 65.86 43.81 Cu K ED 0.11* 0.07* Zn K ED 6.41 3.64 Na K ED 0.44 0.71Total 100.00 100.00 2#爐管（EPMA）表面狀

54、態(tài)圖32 Elmt Spect. Element Atomic Type % % O K ED 28.24 56.94 Na K ED 0.79 1.11 Mg K ED 0.12 0.16 Al K ED 0.15 0.17 Si K ED 0.35 0.40 P K ED 0.15 0.16 S K ED 0.07 0.08 ClK ED 1.16 1.06 K K ED 0.27 0.22 CaK ED 0.47 0.38 Mn K ED 0.34 0.20 Fe K ED 66.97 38.68 Cu K ED 0.25 0.13 Zn K ED 0.67 0.33 Total 100

55、.00 100.00 坑邊緣發(fā)灰白色區(qū)域成分33坑內(nèi)的成分Elmt Spect. Element Atomic Type % % O K ED 16.73 41.00 Na K ED 0.14* 0.24* Mg K ED 0.10 0.16 Al K ED 0.12 0.18 Si K ED 0.11 0.15 P K ED 0.22 0.27 S K ED 0.07 0.09 Cl K ED 0.02* 0.02* Ca K ED 0.24 0.24 Mn K ED 0.27 0.19 Fe K ED 81.17 56.97 Cu K ED 0.04* 0.03* Zn K ED 0.76

56、 0.45 Total 100.00 100.0034Elmt Spect. Element Atomic Type % % O K ED 20.52 45.89 Na K ED 0.63 0.99 Mg K ED 0.13 0.19 Al K ED 0.17 0.23 Si K ED 0.10 0.13 P K ED 2.79 3.22 S K ED 0.12 0.13 Cl K ED 0.03* 0.03* Ca K ED 5.46 4.87 Mn K ED 1.49 0.97 Fe K ED 62.38 39.96 Cu K ED 0.16 0.09 Zn K ED 6.01 3.29

57、Total 100.00 100.00 無 坑 區(qū) 域35氯離子 0mg/L 氯離子0.8mgL實(shí) 驗(yàn) 室 試 驗(yàn)氯離子 10mg/L36元素NaOFeCISP其它坑口0.7928.2466.971.160.070.150.35坑內(nèi)0.3816.7876.20.030.050.242.32表8.1.1 現(xiàn)場(chǎng)割管試片電子探針數(shù)據(jù)8.1.2 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)試片電子探針數(shù)據(jù)元素NaOFeCISP其它坑口0.3520.575.50.080.90.723.7坑內(nèi)0.03.395.40.00.10.01.2 從測(cè)試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)腐蝕坑坑口周圍CI、S2離子富集，含氧量高，含鐵量相對(duì)較低，腐蝕產(chǎn)物含量大；而坑內(nèi)CI、

58、S2離子很少，含氧量低，含鐵量相對(duì)較高，說明腐蝕產(chǎn)物少。這是為什么呢？可這樣理解：由于蝕坑較小（微米級(jí)）,坑底充當(dāng)腐蝕電池的陽極（小面積），而坑口周圍為陰極（大面積），在坑內(nèi)鐵不斷失去電子(Fe2eFe2+)，電子經(jīng)金屬基體向陰極遷移發(fā)生還原反應(yīng)(H2O+2e1/2H2+OH), 在電場(chǎng)作用下，鐵離子向坑外運(yùn)動(dòng)，CI和OH等負(fù)離子從溶液中向坑內(nèi)運(yùn)動(dòng)，。在坑口相遇發(fā)生二次腐蝕反應(yīng)：Fe2+2OHFe(OH)2;Fe2+2Cl-FeCl2+2H2OFe(OH)2+2H+2Cl-，加速腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行，所以在坑口腐蝕產(chǎn)物多，氯離子含量高。371.氯離子在蝕坑周圍富集促進(jìn)鐵的溶解，使蝕坑周圍的腐蝕產(chǎn)物最

59、多。2。腐蝕機(jī)理推測(cè)：在金屬表面凹下處，能量較低，電位低，鐵容易失電子，電子沿金屬向電位高處運(yùn)動(dòng)，由于靜電引力作用，鐵離子也要向外運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到坑邊緣處正好碰上從正極過來的負(fù)離子氯、磷、硫等生成了二次腐蝕產(chǎn)物。這樣會(huì)使坑越來越深，邊緣的腐蝕產(chǎn)物越來越多。當(dāng)它蓋住坑時(shí)由于腐蝕產(chǎn)物較疏松孔隙內(nèi)的溶液濃縮，酸（或堿）濃度增加，垢下腐蝕更嚴(yán)重。使得坑越來越深。結(jié)論38垢 樣 分 析垢樣的制備 垢和腐蝕產(chǎn)物的數(shù)量不多，顆粒大小也差別不大，因此，可直接破碎成1mm左右的試樣，然后用四分法將試樣縮分。取一份縮分后的試樣(一般不少于2g)，放在瑪瑙研缽中研磨細(xì)。對(duì)于氧化鐵垢、銅鐵垢、硅垢、硅鐵垢等難溶試樣，應(yīng)

60、磨細(xì)到試樣能全部通過0.119mm(120目)篩網(wǎng)；對(duì)于鈣鎂垢、鹽垢、磷酸鹽垢等較易溶試樣，磨細(xì)到全部試樣能通過0.149 mm(100目)篩網(wǎng)即可。制備好的分析試樣，應(yīng)裝入粘貼有標(biāo)簽的稱量瓶中備用。其余沒有磨細(xì)的試樣，應(yīng)放回原來的廣口瓶中妥善保存，供復(fù)核校對(duì)使用。名詞解釋試樣和分析試樣 從熱力設(shè)備中采集到的垢樣稱為試樣。 經(jīng)過加工(破碎、縮分、研磨)制得的的樣品稱為分析試樣。實(shí)際使用中，在無需特別指明的情況下，分析試樣也常稱試樣。試樣的分解 用化學(xué)方法將固體試樣分解、使待測(cè)定的成分(元素)溶解到溶液中的過程。多項(xiàng)分析試液 用試樣分解方法將固體試樣分解制備成供分析用的溶液，可用于垢及腐蝕產(chǎn)物的