熱水鍋爐及采暖系統(tǒng)氧腐蝕的探討

申　巍

摘要：熱水鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到了廣泛的應用，由于循環(huán)水量大，帶入流解氧也多，因此，熱水鍋爐的氧腐蝕尤為突出，文章分析了氧腐蝕的原理及影響因素，并提出了防護措施。

關鍵詞：熱水鍋爐；采暖系統(tǒng)；氧腐蝕；機械除氧；化學除氧

中圖分類號：TU832 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2009）15-0049-02

熱水鍋爐與蒸汽鍋爐相比，具有結(jié)構簡單、制造容易、鋼材耗量較少、熱效率較高、運行安全、操作方便、不易發(fā)生缺水干鍋和受熱面金屬過熱事故等特點，因此在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到了廣泛的應用。尤其是在我國北方，冬季采暖是城鎮(zhèn)居民的基本生活需求，雖然這幾年國家一直在推動熱電聯(lián)產(chǎn)項目的建設，但大部分采暖熱源仍為熱水鍋爐。而熱水鍋爐系統(tǒng)的運行腐蝕、停用腐蝕以及由此而引起的腐蝕產(chǎn)物結(jié)垢問題卻長期困擾著人們。而且熱水鍋爐循環(huán)水量大，帶入流解氧也多，因此熱水鍋爐的氧腐蝕尤為突出，腐蝕會帶來巨大的經(jīng)濟損失，首先會降低壽命，我國熱水鍋爐設計壽命為15年，由于腐蝕原因一般只能運行5～8年，其次腐蝕泄漏發(fā)生在嚴寒期，供熱中斷會直接影響居民的正常生活。

一、氧腐蝕原理

1．鐵受水中流解氧的腐蝕是一種電化學腐蝕：陰極過程，O2是強烈的陰極去極化劑，能吸收陰極電子形成氟氧離子OH－，使腐蝕過程加劇，反應公式如下：

O₂＋4E＋2H₂O→4OH^-

陽極過程，鐵的電極電位低于氟的電極電位，反應公式如下：

Fe→Fe²⁺+2e

陽極反應產(chǎn)物和陽極反應產(chǎn)物反應，形成鐵銹：

Fe²⁺+2OH-→Fe（OH）₂

4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O→4Fe（OH）₃

Fe（OH）₂+Fe（OH）₂→Fe₃O₄+4H₂O

2．氧腐蝕部位及特征。熱水鍋爐運行時，最易發(fā)生氧腐蝕的部位在入水口附近的金屬表面、系統(tǒng)接觸大氣區(qū)的金屬表面、循環(huán)不暢處和腐蝕產(chǎn)物沉積處的金屬。其特征為斑點腐蝕或潰瘍，常常在金屬表面生成許多直徑為1～30mm的鼓包，其表面著色由黃褐色到磚紅色不等，主要成分為氧化鐵，次層為黑色粉未狀物，為四氧化三鐵。有時，在腐蝕產(chǎn)物的最深處，緊靠金屬表面，還存在一個黑色層為氧化亞鐵，將這些腐蝕產(chǎn)物清除后便露出蝕坑。

二、影響氧腐蝕的因素

（一）運行期間

1．熱水鍋爐采暖系統(tǒng)，有直供和間供兩種形式，由于系統(tǒng)的不嚴密性，容易造成氧氣的進入，尤其是直供系統(tǒng)直接與用戶相連，若補水量增大，除氧不正常，就會加大溶解氧含量。在一般條件下，水中氧含量越多，鋼的腐蝕越快。

2．溶液的PH值對金屬的腐蝕速度影響較大，當pH值低到溶液呈酸性時金屬腐蝕速度劇烈增大，當有流解氧存在時，pH的改變對金屬腐蝕影響更大。通過大量的鍋爐運行數(shù)據(jù)分析，pH值小于6時，腐蝕速度隨pH值降低迅速增加；pH值在6～10之間，含氧量的高低決定腐蝕速度的高低；pH值在10～12之間時，腐蝕速度隨pH值的增加而降低；pH值為12時，腐蝕速度幾乎很小。

由此可見，鍋爐正常運行時，控制鍋水pH值在10～12范圍內(nèi)，可以使金屬表面形成一層穩(wěn)定的保護膜，造成陽極鈍化，從而大大降低鍋爐的腐蝕速度。

（二）停運期間

鍋爐停運期間的腐蝕比運行腐蝕更嚴重，大規(guī)模的腐蝕損壞和局部腐蝕孔往往是由停用腐蝕引起的，尤其熱水采暖鍋爐系統(tǒng)運行期一般為4～5個月，每年停運期7～8個月，若在停運期間沒有將水放凈或未做好養(yǎng)護，氧腐蝕將會加劇。

三、氧腐蝕的防護措施

根據(jù)以上分析，防止氧腐蝕不僅要在運行其間進行，更應在停用期間采取措施，才能有效減緩和防止氧腐蝕，延長設備使用壽命。為此，提出以下防護措施：

（一）運行期間采取機械除氧和化學除氧同時處理的方式

1．機械除氧主要是加裝除氧器，熱水鍋爐由于蒸汽汽源問題及投資原因，不適應使用熱力除氧和真空除氧，可考慮使用海綿鐵除氧，這是進入20世紀90年代后在鋼屑除氧的基礎上研制的技術，也采用過濾式，用堆比重比較輕的海棉狀還原鐵粉為除氧劑，當含氧水通過濾層時發(fā)生以下反應：

2Fe+2+2H2O+O2→2Fe（OH）2

Fe（OH）2吸附在海綿鐵粒上，但它在含氧水中是不穩(wěn)定的，它將被氧化成三價鐵的化合物：2Fe（OH）2+H2O+1/2O2→2Fe（OH）3

Fe（OH）3呈現(xiàn)為黃綠色類絮狀物，可用反洗方法沖走，在濾層深處，由于水中氧的濃度已經(jīng)很低，因此必然存在與Fe（OH）2沉淀保持平衡關系的少量的Fe2+，它很容易被Na型樹脂吸收，所以出水再經(jīng)Na型強酸性陽樹脂層時便可除去，交換反應為：

Fe2++2NaR→FeR2+2Na+

這種方法常溫下即可除氧，體積小投資小，除氧效果較穩(wěn)定，因此在很多熱水鍋爐系統(tǒng)中得到應用，問題是缺少技術的統(tǒng)一性。

2．化學除氧，主要是添加除氧劑，種類有Na2SO3和水合聯(lián)氨（N2H4·H2O），后一種由于價格昂貴且有較強的毒性，所以不能在熱水鍋爐采暖系統(tǒng)使用，Na2SO3易溶于水，是一種還原劑，遇到水中的溶解氧產(chǎn)生如下反應：2Na2SO3+O2→2Na2SO4，而且Na2SO3價廉無毒無污染，因此一直作為首選除氧劑，但有幾個問題需要注意：

溫度是影響Na2SO3同氧反應的重要因素，室溫下Na2SO3同氧反應的速度較慢，但隨著溫度升高，反應時間大大縮短。研究證明，溫度每升高10℃，反應速度約增加1倍，在100℃以上，反應速度更快。所以在使用Na2SO3時，盡量直接加到熱水管道中。

Na2SO3很容易氧化失效，因此使用時最好隨用隨配，確實需要儲存時，采取嚴格的密封措施。也可同時加入一些水溶性的硝酸鹽或硫酸鹽，作為催化劑，加快反應速度，但要注意用量的配比。

3．控制鍋水的pH值在10～12范圍內(nèi)，從而在金屬表面形成一層保護膜，可以避免或減少氧腐蝕的發(fā)生。但在實際運行中鍋水的pH值有時發(fā)生變化，那么當pH值＜10時，可以采用向鍋內(nèi)投加一定量的堿性藥劑的方法以提高鍋水的pH值。對冬季采暖的熱水鍋爐我公司是投加Na（OH）2和Na3Po4，這樣既減少了爐水的硬度，又提高了pH值，而且在運行時監(jiān)測NaOH濃度，避免造成堿性腐蝕。

4．由于供熱面積較大，一些熱水鍋爐供熱采取間供系統(tǒng)，二次網(wǎng)補水基本采用離子交換法進行軟化，一般認為這樣pH值提高了，水的腐蝕性也降低了。

（二）停運期間的措施

1．鍋爐系統(tǒng)的保護，可采用干法，停爐后排干鍋水，然后烘干加入干燥劑，具體用量：無水氯化鈣（1～2kg/m3）、生石灰（2～3kg/m3）、硅膠（2.7kg/m3）），最后封閉鍋爐，并定期檢查干燥劑。

2．二次網(wǎng)停運期間的防護比較困難，停熱短期可充滿水采取濕法保養(yǎng)，但檢修、改造期間水必須泄掉，由于供熱管網(wǎng)較長，管徑由大到小不等，徹底清除積水不現(xiàn)實，所以存在一空白區(qū)間容易產(chǎn)生氧腐蝕，這時的防護還需探討。

以上給出了幾種防止氧腐蝕的措施，但也應該根據(jù)實際情況選擇適宜的方法，比如小型熱水鍋爐，安裝除氧器造價相對較高，可只采用化學除氧，根據(jù)給水的溶解氧含量，計算出Na2SO3加入量，使系統(tǒng)中亞硫酸根含量保持在2～7mg/L，同時再加入Na（OH）2和Na3Po4，也能達到防腐效果。另外還要加強管理，降低系統(tǒng)補水量；加強水質(zhì)的監(jiān)測，保證加藥量控制在合理的范圍。

參考文獻

[1]鹿道智．工業(yè)鍋爐司爐教程[M]．2001．

[2]魏剛，熊蓉春．熱水鍋爐防腐阻垢技術[M]．化學工業(yè)出版社，2002．

作者簡介：申巍，男，天津人，供職于天津市津南區(qū)集中供熱辦公室，研究方向：供熱管理。