燃?xì)忮仩t尾部煙道受熱面金屬腐蝕原因分析及防腐探討

毛麗燕 張榮華

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 烏魯木齊 830011）

燃?xì)忮仩t尾部煙道受熱面金屬腐蝕原因分析及防腐探討

毛麗燕 張榮華

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 烏魯木齊 830011）

本文通過對(duì)天然氣組分的分析及天然氣燃燒后形成的尾部煙氣成分分析，結(jié)合筆者單位開展的尾部受熱面腐蝕及防腐方法的課題，對(duì)煙氣腐蝕的形成過程和可能采用的防腐措施進(jìn)行了論述，對(duì)今后的燃?xì)忮仩t生產(chǎn)、技術(shù)改造等方面有一定的指導(dǎo)作用。

燃?xì)忮仩t 尾部受熱面 尾部煙氣 腐蝕 氣相保護(hù)

近幾年，烏魯木齊市基本完成了“煤改氣”項(xiàng)目的鍋爐改造。隨著大量燃?xì)忮仩t的投入使用，產(chǎn)生了新的問題，經(jīng)大量用戶的走訪和現(xiàn)場調(diào)查，筆者發(fā)現(xiàn)使用燃?xì)庾鳛槟茉春蟊M管解決了燃料對(duì)環(huán)境污染的問題，但是鍋爐尾部以及后部煙道和輔機(jī)卻產(chǎn)生了嚴(yán)重的運(yùn)行腐蝕。每年停爐后，使用單位都要對(duì)該部位進(jìn)行清理，一般都能清理出上百公斤的鐵銹，嚴(yán)重的甚至能夠清理出好幾手拉車。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查也得出了同樣的結(jié)論，一般在沒有防腐措施的鍋爐上腐蝕狀況非常嚴(yán)重，不僅每年都有大量的腐蝕產(chǎn)物，而且在使用2～3年后會(huì)出現(xiàn)附屬設(shè)備穿孔、損壞，需要進(jìn)行維修或更換。

1 原因分析

筆者通過現(xiàn)場調(diào)查和化學(xué)分析測試，發(fā)現(xiàn)尾部附屬設(shè)備腐蝕的原因。主要為以下幾個(gè)方面：

1.1 天然氣組分分析

天然氣屬有機(jī)物是一種多組分的混合氣體，主要成分是烷烴，其中甲烷占95%左右，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。主要成分為甲烷，密度約0.70～0.75kg/m3，比空氣輕近一半。在0℃及一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下（1.013×105Pa），空氣密度為1.293kg/m3。所以說在常壓下一立方米的天然氣質(zhì)量大概為：0.70～0.75kg［1］。

燃燒后產(chǎn)生的主要成分為：水和二氧化碳，和少量硫的氧化物、氮氧化物及過剩空氣。水的比例占到40%～50%，其他以二氧化碳為主（包括硫的氧化物、氮氧化物）的酸性氣體能夠溶解到水中，形成較強(qiáng)的酸性環(huán)境，見表1。

表1 天然氣成分分析

1.2 尾部煙氣成分分析

當(dāng)尾部煙氣經(jīng)過多次冷卻后，其溫度低于水蒸氣的凝結(jié)點(diǎn)，尤其是當(dāng)煙氣溫度在80℃左右時(shí)，其凝結(jié)速度會(huì)很快。從而在尾部設(shè)備中產(chǎn)生大量燃燒產(chǎn)物凝結(jié)水，此時(shí)酸性氣體的溶解速度也大幅度的提高，使得冷凝水呈較強(qiáng)的酸性。酸性水長期接觸金屬，其腐蝕速度是十分驚人的［2］，見表2。

表2 尾部煙氣成分分析

1.3 煙氣凝結(jié)水分析

由前所述，天然氣的主要成分是甲烷，燃燒后，用方程式表示［3］：

經(jīng)過理論計(jì)算，每燃燒1m3天燃?xì)?，產(chǎn)生1.607kg凝結(jié)水和1.964 kg CO2；

在同等條件下，1體積甲烷可產(chǎn)生1體積二氧化碳，一立方甲烷可產(chǎn)生1立方二氧化碳。1立方二氧化碳在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的質(zhì)量是（1000/22.4）×44 g/mol=1964 g= 1.964 kg。

所以1立方天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下產(chǎn)生二氧化碳的質(zhì)量：

同時(shí)，1立方天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下產(chǎn)生水蒸氣的質(zhì)量：

科研人員對(duì)天然氣燃燒過程進(jìn)行了全面的跟蹤分析，搞清了天然氣腐蝕的發(fā)生過程，尾部煙氣經(jīng)過冷凝，其腐蝕性見表3。

表3 鍋爐尾部煙氣凝結(jié)水分析數(shù)據(jù)［4］

表3試驗(yàn)選擇的節(jié)能器材質(zhì)和實(shí)驗(yàn)室用掛片均為低合金鋼［5］。

由表3可知：

當(dāng)煙氣凝結(jié)水溫度相同時(shí)，pH值越低，腐蝕速度越快；

當(dāng)煙氣凝結(jié)水pH值相近時(shí)，溫度越高，腐蝕速度越快。

2 結(jié)論

由上述分析可知，天然氣燃燒產(chǎn)生的主要腐蝕介質(zhì)是產(chǎn)物中的二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物。

同時(shí)，天然氣燃燒后能夠產(chǎn)生大量的水蒸氣，在條件合適時(shí)能夠冷凝產(chǎn)生液態(tài)水，而其中的酸性氣體都易溶于水中，從而使冷凝水的pH值大幅下降。

酸性介質(zhì)的水凝結(jié)匯集到尾部設(shè)備的金屬表面，與金屬進(jìn)行接觸性腐蝕，腐蝕性質(zhì)以酸性介質(zhì)的化學(xué)腐蝕為主，少部分吸附在金屬表面表現(xiàn)為電化學(xué)腐蝕。

3 主要措施

1）改變尾部設(shè)備的抗腐蝕性能。如：節(jié)能器選用不銹鋼材質(zhì)或采用抗腐蝕性能較好的ND鋼，鍋爐的煙道采用密封較好，不易吸附水分的保溫材料進(jìn)行內(nèi)部保溫處理，隔絕凝結(jié)水與金屬的接觸。

2）改變尾部設(shè)備的安裝部位。對(duì)于在用的鍋爐，可控制排煙溫度。使水蒸氣不至于快速冷凝在鍋爐尾部的附屬設(shè)備上，同時(shí)為節(jié)約能源，可把再次換熱設(shè)備安裝在排煙煙筒上。

3）采用高效氣相保護(hù)藥劑。氣相保護(hù)劑可選擇一種在低濃度下能阻止或減緩金屬在環(huán)境介質(zhì)中腐蝕的物質(zhì)，在鍋爐的煙氣出口采用一定的方式導(dǎo)入，隨煙氣進(jìn)入后續(xù)設(shè)備，由于其較好的水溶性，能夠隨水蒸氣冷凝進(jìn)入水側(cè)，從而改變冷凝水的pH值到8～9并對(duì)金屬進(jìn)行緩蝕保護(hù)，該技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為一項(xiàng)重要的防腐蝕技術(shù)，廣泛應(yīng)用在石油、冶金、化工、動(dòng)力等設(shè)備上。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)查詢，采用緩蝕保護(hù)技術(shù)，能有效防止金屬設(shè)備的腐蝕，筆者選擇該應(yīng)用做為主攻方向，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了相關(guān)的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

［1］GB/T 13611—2006 城鎮(zhèn)燃汽分類和基本特性［S］.

［2］郝景泰，于萍，周英.工業(yè)鍋爐水處理技術(shù)［M］.北京：氣象出版社，2000：126-155.

［3］張文勤，鄭艷，馬寧.有機(jī)化學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2014：20-25.

［4］GB/T 1576—2008 工業(yè)鍋爐水質(zhì)［S］.

［5］TSG G5003—2008 鍋爐化學(xué)清洗規(guī)則［S］.

Reason Analysis and Protection of Heated Surface Metal Corrosion of Tail Flue in the Gas Boiler

Mao Liyan1Zhang Ronghua2
（Xinjiang Uygur Autonomous Region inspection Institute of Special Equipment Urumqi 830011）

Based on analysis of the components of natural gas and tail gas formed after combustion of natural gas， combined with the tail heating surface corrosion and anticorrosion measures issue of our institute， the corrosion gas formation process and potential adopeted anti-corrosion measures are discussed in this paper， which has certain instruction function to the guidance of gas-fired boiler production and technological transformation.

The gas boiler Rear heating surface Tail gas Corrosion Gas phase protection

X933.2

B

1673-257X（2016）09-0059-02

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.09.015

毛麗燕（1960～），女，本科，主任，高級(jí)工程師，從事鍋爐水（介）質(zhì)處理檢測技術(shù)管理工作。

（2016-06-07）