基于氧腐蝕的熱水鍋爐停爐保養(yǎng)分析

河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院 劉建平 于建華 陳衛(wèi)民 孫新偉

基于氧腐蝕的熱水鍋爐停爐保養(yǎng)分析

河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院 劉建平 于建華 陳衛(wèi)民 孫新偉

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，熱水鍋爐使用的數(shù)量日益增多。在日常的熱水鍋爐內(nèi)部腐蝕防護(hù)方面，我們往往將防護(hù)工作的重點(diǎn)放在鍋爐的運(yùn)行期，忽略了鍋爐停爐期內(nèi)部腐蝕問(wèn)題，殊不知熱水鍋爐停爐期內(nèi)部腐蝕問(wèn)題也相當(dāng)嚴(yán)重。由于熱水鍋爐一旦發(fā)生事故，將嚴(yán)重危及人的生命和財(cái)產(chǎn)的安全。因此，我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)把熱水鍋爐作為特種設(shè)備，實(shí)施嚴(yán)格的安全監(jiān)管制度。

熱水鍋爐是北方冬季的采暖設(shè)備，每年大約3月中下旬至11月中旬是鍋爐停爐保養(yǎng)時(shí)間，在停爐期間按照《鍋爐定期檢驗(yàn)規(guī)則》進(jìn)行檢驗(yàn)。在定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，許多用戶對(duì)熱水鍋爐維護(hù)保養(yǎng)不夠重視。如有的鍋爐停爐后不做保養(yǎng)，有的雖然進(jìn)行了保養(yǎng)，但保養(yǎng)方法不適當(dāng)，造成鍋爐內(nèi)表面產(chǎn)生腐蝕。且熱水鍋爐停爐期間的腐蝕在很大程度上比運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的腐蝕嚴(yán)重得多，因此必須加強(qiáng)熱水鍋爐的停爐保養(yǎng)。

本文，筆者首先介紹了氧腐蝕機(jī)理，然后通過(guò)對(duì)氧腐蝕機(jī)理的分析，詳細(xì)制定了干保養(yǎng)和濕保養(yǎng)兩套方案，對(duì)某單位3臺(tái)同一型號(hào)的熱水鍋爐分別采用不同的保養(yǎng)方案。結(jié)果表明在不同的保養(yǎng)方法下，沒(méi)有采取任何保養(yǎng)措施的熱水鍋爐氧腐蝕嚴(yán)重，采用干法保養(yǎng)的熱水鍋爐效果要好于采用濕法保養(yǎng)的熱水鍋爐。對(duì)方案的比較和研究可以為熱水鍋爐停爐保養(yǎng)分析提供依據(jù)，同時(shí)也為特種設(shè)備安全和鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保證。

一、鍋爐氧腐蝕機(jī)理

從目前的鍋爐定檢情況分析，絕大多數(shù)的腐蝕屬于有氧腐蝕的范疇。因?yàn)檠跏且环N去極化劑，所以當(dāng)有氧存在時(shí)，加快了電化學(xué)腐蝕的速度，在潮濕的環(huán)境中產(chǎn)生腐蝕電池，其反應(yīng)機(jī)理如下：

陽(yáng)極：Fe→Fe2++2e

陰極：（1/2）O2+H2O+2e→2OH

Fe2++2OH－→Fe（OH）2

鍋爐內(nèi)水汽與鐵反應(yīng)可在表面生成Fe（OH）2的保護(hù)膜，對(duì)鐵進(jìn)行了保護(hù)，但在過(guò)量氧存在條件下：

2Fe（OH）2+（1/2）O2+H2O→2Fe（OH）3（鐵銹）

Fe（OH）2進(jìn)一步氧化成疏松的Fe（OH）3沉淀物，F(xiàn)e（OH）3的沉淀，使陽(yáng)極范圍Fe2+的濃度顯著降低，即O2促使陽(yáng)極的鐵離子轉(zhuǎn)入水溶液中，加速了腐蝕的進(jìn)程。生成的Fe（OH）2和Fe（OH）3，還會(huì)進(jìn)一步反應(yīng)：

Fe（OH）2+2Fe（OH）3→Fe3O4（黑色）+4H2O

在鍋爐運(yùn)行時(shí)Fe（OH）3和Fe3O4將成為氧的代用品，是腐蝕電池的陰極去極化劑，其反應(yīng)式如下：

Fe（OH）3+e→Fe（OH）2+OH

Fe3O4+e+H2O→3FeO+2OH－

鐵在此基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)生腐蝕，結(jié)果高價(jià)鐵發(fā)生了還原反應(yīng)，生成低價(jià)氧化鐵，當(dāng)鍋爐再次停用時(shí)，已還原的鐵銹又會(huì)重新氧化成為高價(jià)氧化鐵，并且根據(jù)鐵銹下的充氧濃度不同而產(chǎn)生強(qiáng)烈的濃差腐蝕，使氧化鐵大量增加。隨著鍋爐的交替運(yùn)行和停用，腐蝕過(guò)程也隨之惡性循環(huán)，從而造成受壓部件的嚴(yán)重腐蝕。另外，鐵受到氧腐蝕后，雖然能在金屬表面形成一層保護(hù)膜，減少了腐蝕核心的數(shù)目，但每一個(gè)核心地區(qū)的腐蝕速度卻大大增加了，腐蝕的破壞程度將更為劇烈。

二、基于鍋爐氧腐蝕的實(shí)證分析

從鍋爐氧腐蝕機(jī)理分析，可以得出如下結(jié)論：在鍋爐停用期間，要想減少鍋爐氧腐蝕，必須控制鍋爐內(nèi)部的氧氣或水分，也就是常說(shuō)的濕法保養(yǎng)和干法保養(yǎng)。

某單位有3臺(tái)同一型號(hào)的熱水鍋爐，編號(hào)為1#、2#和3#，型號(hào)為SZL7—1.0/115/70—AⅡ，作為冬季供暖使用，停用期為每年3月中旬到11月中旬，由于3#爐作為備用爐，使用次數(shù)不多，兩年未進(jìn)行停爐保養(yǎng)，我們從2009年跟蹤了兩個(gè)停爐期，3臺(tái)初始狀況基本相同，分別采用濕法保養(yǎng)和干法保養(yǎng)，如表1所示。

表1 方法選擇機(jī)理

根據(jù)實(shí)際情況，分別對(duì)1#爐濕法保養(yǎng)和2#爐干法保養(yǎng)制定了具體步驟。

1.1#爐濕法保養(yǎng)的具體步驟。按4kg/m3NaOH+1kg/m3Na3PO4的濃度配置適量堿液（要用軟化水），用泵送入鍋筒內(nèi)部直至頂部的排氣閥出水，關(guān)閉排氣閥后，升壓至0.05~0.1MPa停止。這樣，可以保證鍋爐內(nèi)部的氧氣完全排出。當(dāng)表壓低于0.01MPa時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充堿液，以防止氧氣的進(jìn)入。另外，還需定期測(cè)量堿液的pH值，應(yīng)保持在10～12之間，當(dāng)pH值低于10時(shí)，要補(bǔ)充堿液，以保證金屬表面的鈍化，造成陽(yáng)極極化，從而達(dá)到保護(hù)鍋爐防止腐蝕的目的。

2.2#爐干法保養(yǎng)的具體步驟。停爐前必須煮爐，以清除金屬表面的水垢和腐蝕產(chǎn)物。停爐后打開(kāi)入孔，清除堆積在鍋筒集箱底部的垢渣、銹渣等污物。用少量木柴細(xì)火烘爐（主要是烘干鍋爐內(nèi)部的水分），至人孔處向外溢出的熱氣減少為止。此步驟亦可采用熱爐放水法，其操作方法為：當(dāng)爐內(nèi)水溫降至70~80℃，爐膛內(nèi)溫度降至100℃以下時(shí)放水，然后依次打開(kāi)排氣閥、人孔，這樣就可以利用鍋爐的余溫烘干內(nèi)部的水分。鍋爐內(nèi)部加入干燥劑?，F(xiàn)在使用最多的干燥劑為硅膠，從人孔、爐門(mén)分別放入到鍋筒和爐膛內(nèi)部，然后關(guān)閉人孔、爐門(mén)。閥門(mén)必須密封。在實(shí)際操作過(guò)程中，人孔的拆裝極不方便，可采用在人孔圈處涂抹一層黃油，然后用塑料紙貼封的方法，這樣可以方便地更換干燥劑，也降低了管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。1個(gè)月后檢查硅膠，是否吸潮，如果吸潮，則需要更換硅膠后重新密封，以后的檢查，周期適當(dāng)延長(zhǎng)。

另外，在放置硅膠的過(guò)程中，可按1~2支/m3的比例在鍋筒內(nèi)放入點(diǎn)燃的蠟燭，這樣在密封后，蠟燭的燃燒可消耗掉鍋爐內(nèi)部的氧氣，使保養(yǎng)更為徹底。

本次鍋爐定期檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)1#爐鍋筒內(nèi)部共有2處明顯腐蝕，最大尺寸約為Φ6×0.5mm，2#爐鍋筒內(nèi)部基本無(wú)明顯腐蝕，3#爐鍋筒內(nèi)部存在8處大小及深度不一的圓形腐蝕斑點(diǎn)及腐蝕凹坑。最大尺寸約為Φ15×1.5mm，最小尺寸約為Φ5×0.5mm。此外，在3#爐鍋筒還有1處輕微腐蝕鼓包，鼓包表面呈紅褐色，其內(nèi)有黑色粉末狀物，用手剝?nèi)ス陌砻嫘纬筛g坑，坑內(nèi)堆著腐蝕產(chǎn)物。

對(duì)1#爐和3#爐共取5處打磨、拋光，4%硝酸酒精溶液侵蝕，再制取金相復(fù)型，在金相顯微鏡上觀察及拍攝金相照片。其檢驗(yàn)結(jié)果：母材的顯微組織均為正常的鐵素體+珠光體，鐵素體晶粒度為7～8級(jí)，表明該腐蝕與材質(zhì)無(wú)關(guān)。用X射線物相分析腐蝕產(chǎn)物時(shí)，其主要物相為Fe3O4，其次為Fe2O3及FeO，可判斷二臺(tái)鍋爐的腐蝕為氧腐蝕。

由以上分析可以看出，沒(méi)有采取任何保養(yǎng)措施的熱水鍋爐氧腐蝕嚴(yán)重，采用干法保養(yǎng)的熱水鍋爐效果要好于采用濕法保養(yǎng)的熱水鍋爐，這為今后的熱水鍋爐停爐保養(yǎng)和最佳保養(yǎng)方法選擇提供了依據(jù)。

三、結(jié)論

本文，筆者介紹了氧腐蝕機(jī)理，通過(guò)對(duì)氧腐蝕機(jī)理的分析，制定了不同的保養(yǎng)方案。通過(guò)實(shí)例分析，得到了如下的結(jié)論：沒(méi)有采取任何保養(yǎng)措施的鍋爐氧腐蝕嚴(yán)重，采用干法保養(yǎng)的鍋爐效果要好于采用濕法保養(yǎng)的鍋爐。熱水鍋爐由于維護(hù)保養(yǎng)不好，而使受壓元件造成的腐蝕是鍋爐最常見(jiàn)的一種損壞方式，所以熱水鍋爐在停運(yùn)期間，必須進(jìn)行保養(yǎng)，并要選擇合理的保養(yǎng)方法，以減少熱水鍋爐金屬的腐蝕，延長(zhǎng)了熱水鍋爐的使用壽命，保證鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。