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AbstractItdiscussesthecausesandprecautionmeasuresofcommoncorrosiontypesintheoperationoftheboilertube．Itcontentssteam-watercorrosion，causticcorrosion，acidcorrosion，gascorrosionandhydrogenbrittlenessoccuredinsidethetubesandashcorrosion，reducedatmospherecorrosion，low-temperatarecorrosion，stresscorrosionoccuredoutsidethetubes．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(shí)爐管會(huì)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(gè)化學(xué)或電化學(xué)過程，爐管腐蝕可分為管內(nèi)腐蝕（為方便敘述，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(shí)也會(huì)發(fā)生，其特征是均勻腐蝕。過熱蒸汽在450℃3Fe＋4H2O→Fe3O4＋4H2↑當(dāng)溫度為570℃以上時(shí)，其反應(yīng)生成物為Fe2O3Fe＋H2O→FeO＋H2↑2FeO＋H2O→Fe2O3＋H2↑防止汽水腐蝕的方法有：消除傾斜角度較小的蒸發(fā)段，確保水循環(huán)正常，對于過熱溫度較高的過熱器，應(yīng)采用耐熱、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保護(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＋Na2FeO2＋2H2O使Fe3O4保護(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→Na2FeO2＋H2↑爐水的酸堿性應(yīng)由添加HCl和NaOH來調(diào)節(jié)的，當(dāng)pH值保持在10～11時(shí)，鐵的腐蝕速率變得很小。如果pH值保持在13以上，就會(huì)發(fā)生較嚴(yán)重的堿腐蝕。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)生堿腐蝕的危險(xiǎn)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PO43－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(shí)，隨著溫度的升高，溶解度降低，倘若添加過量的磷酸鈉，則會(huì)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PO43－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－飽和溫度）為10℃時(shí)，根據(jù)鍋爐壓力的大小，NaOH可濃縮為5～20%。因此，即使把爐水中的NaOH濃度控制在100mg/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。鍋爐及時(shí)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，也是需要注意的方面。2.3、酸腐蝕當(dāng)濃縮爐水中含有較多的MgCl2和CaCl2時(shí)，這兩種化合物會(huì)與水作用生成鹽，使?fàn)t水中氫離子濃度增加。軟化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(huì)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出現(xiàn)與堿腐蝕類似的麻點(diǎn)和凹坑，但由于Fe2O3還原性氣氛腐蝕常見于水冷壁爐管的頂部區(qū)域。煙灰中碳含量增高，說明燃燒不完全，存在還原性氣氛。對于還原性氣氛腐蝕，應(yīng)在鍋爐燃燒設(shè)計(jì)時(shí)予以重視，另外爐管的選材和表面處理，也是減輕和防止還原性氣氛腐蝕的一個(gè)途徑。3.3、露點(diǎn)腐蝕燃油鍋爐的重油中通常含有2～3%的硫，由于燃燒而生成二氧化硫氣體，這樣，在煙氣中就會(huì)有約0.2%的SO2，其中1～2%SO2受灰分和金屬氧化物等的催化作用而生成三氧化硫（SO3），它再與燃燒氣體中所含的水分（約5～10%）結(jié)合生成硫酸，在處于露點(diǎn)以下的金屬表面凝結(jié)并腐蝕金屬（即所謂硫酸露點(diǎn)腐蝕），其反應(yīng)如下：S＋O2→SO22SO2＋O2→2SO3SO3＋H2O→H2SO4一般認(rèn)為，硫酸露點(diǎn)腐蝕有三個(gè)階段：第一階段相應(yīng)于鍋爐剛開始運(yùn)行不久的狀況，金屬表面處于低溫和低濃度充酸的腐蝕環(huán)境中，此時(shí)鋼處于活性溶解狀態(tài)，腐蝕速度很大，但從時(shí)間上看卻又很短暫，考慮到鍋爐的長期運(yùn)行，這個(gè)階段對總腐蝕量的影響不大；在第二階段，金屬表面溫度已達(dá)到平衡，屬于高溫、高濃度硫酸腐蝕范圍；第三階段所形成硫酸的溫度、濃度和第二階段相同，但在其中含有大量的未燃碳，由于未燃碳的催化作用，使Fe3＋也大量存在，耐露點(diǎn)腐蝕的鋼處于相應(yīng)極化曲線的純化區(qū)范圍，其腐蝕速度是很小的，而碳鋼則仍處于與第二階段一樣的活化狀態(tài)，腐蝕速度很大。要想從根本上解決硫酸露點(diǎn)腐蝕問題，就必需減少燃燒中的硫分來抑制硫酸的生成。為此，應(yīng)使用含硫量在0.5%以下的燃油?；虿扇〗?jīng)精煉脫硫后的低硫重油。其次，降低過剩空氣量也可以抑制SO3的生成。為此，就需在燃燒器設(shè)計(jì)中給予充分考慮。加入能與SO3化合而形成非腐蝕性化合物的物質(zhì)，例如，把氫氧化鎂制成濃度為12%的漿狀水溶液，注入燃油中混合使用，或把NH3混入適量的空氣中，用氣體注入法，對防止腐蝕有明顯效果。氫氧化鎂注入后還能降低煤塵量，以緩和低過?？諝庀碌倪\(yùn)行所帶來的問題。3.4、應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕（或稱應(yīng)力腐蝕開裂）是指金屬在特定腐蝕介質(zhì)和一定水平拉應(yīng)力的同時(shí)作用下發(fā)生的脆性開裂。應(yīng)力腐蝕必須要三個(gè)條件同時(shí)具備，即一定水平的拉應(yīng)力，特定的腐蝕介質(zhì)以及對該腐蝕介質(zhì)具有應(yīng)力腐蝕敏感的鋼材。爐管在內(nèi)壓以及熱應(yīng)力、焊接殘余應(yīng)力等的作用下，會(huì)具備一定水平的拉應(yīng)力條件。多數(shù)鋼材都在氯離子及氫氧根離子環(huán)境中會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕，例如奧氏體不銹鋼在氯離子環(huán)境中很容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，遭到應(yīng)力腐蝕破裂的爐管一般不出現(xiàn)明顯的塑性變形跡象，且一般呈穿晶斷裂。防止應(yīng)力腐蝕應(yīng)從應(yīng)力、介質(zhì)及材料三方面考慮。應(yīng)盡量消除焊接殘余應(yīng)力，防止熱應(yīng)力的疊加，降低拉應(yīng)力水平。應(yīng)盡量降低應(yīng)力腐蝕介質(zhì)的濃度，但在用城市垃圾為燃料的情況下，爐管表面的氯離子濃度很難消除，在局部高應(yīng)力區(qū)，具備發(fā)生應(yīng)力腐蝕的環(huán)境，此時(shí)應(yīng)從材料方面考慮，例如采用高鎳合金鋼（如因康鎳合金）或用其作為防護(hù)層，可降低應(yīng)力腐蝕的敏感性。4、結(jié)語由于爐管處于非常特殊的運(yùn)行環(huán)境，溫度、壓力以及腐蝕性介質(zhì)使其具備遭受多種腐蝕的條件，只有充分認(rèn)識這些腐蝕的起因，才能采取有