工業(yè)鍋爐本體的腐蝕機(jī)理與防護(hù)措施

陳才貴++周井祝

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.22.103

摘 要：鍋爐與工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)際生活都有著緊密的聯(lián)系，鍋爐的使用涉及到社會(huì)生活的方方面面。因此，鍋爐的安全使用問(wèn)題越來(lái)越受到使用方的重視，一旦發(fā)生事故后果不容想象。鍋爐的本體腐蝕會(huì)使得鍋爐的壁厚減小，從而導(dǎo)致較大的安全隱患。該文主要介紹了鍋爐腐蝕的幾個(gè)常見(jiàn)機(jī)理并在此基礎(chǔ)上給出了一些常用的鍋爐腐蝕的防護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：鍋爐腐蝕 鍋爐本體 防護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TF09 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）08（a）-0103-02

1 鍋爐本體的腐蝕類(lèi)型及機(jī)理

鍋爐本體的腐蝕，從它的腐蝕形式上來(lái)劃分的話，可以分為外腐蝕和內(nèi)腐蝕。外部腐蝕主要是由于鍋爐本體高溫氧化而造成金屬材料外表面的腐蝕；內(nèi)腐蝕的話，情況就比較多，造成內(nèi)部發(fā)生腐蝕的可以是蒸汽腐蝕、堿腐蝕、氧腐蝕、應(yīng)力腐蝕等等多種情況，內(nèi)腐蝕也往往是多種腐蝕情形的疊加，而非單種腐蝕的作用。就機(jī)理而言，鍋爐本體的腐蝕則又可以被分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩類(lèi)?；瘜W(xué)腐蝕指的是鍋爐的金屬材料和外部介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)作用而引起的腐蝕。電化學(xué)腐蝕則指的是鍋爐金屬材料和外部介質(zhì)發(fā)生了電化學(xué)變化，在這個(gè)電化學(xué)變化的過(guò)程當(dāng)中而導(dǎo)致了鍋爐本體的腐蝕。接下來(lái)的內(nèi)容主要通過(guò)外腐蝕和內(nèi)腐蝕對(duì)鍋爐本體的腐蝕展開(kāi)闡述。

2 鍋爐本體的外腐蝕

2.1 高溫腐蝕

高溫腐蝕是鍋爐外腐蝕中的一大因素，它是鍋爐內(nèi)高溫?zé)煔馀c鍋爐材料金屬表面相互作用的一個(gè)較繁瑣復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程，根據(jù)它的反應(yīng)機(jī)理主要可以歸納成3個(gè)大類(lèi)：硫化物（FeS2、H2S）型腐蝕、硫酸鹽型腐蝕和氯化物型腐蝕。根據(jù)目前的研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，通常在局部熱負(fù)荷比較高的區(qū)域，也就是管壁溫度較高的區(qū)域，就比如說(shuō)燃燒器區(qū)域附近相比于其他區(qū)域而言更容易發(fā)生高溫腐蝕。其他區(qū)域的高溫腐蝕明顯減弱或者基本不發(fā)生高溫腐蝕。

2.1.1 硫酸鹽型高溫腐蝕

國(guó)內(nèi)外的學(xué)者通過(guò)調(diào)查對(duì)部分腐蝕鍋爐的積灰進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)積灰中含有大量的硫元素和金屬元素，通過(guò)元素分析之后發(fā)現(xiàn)，它們大多以復(fù)合硫酸鹽的形式存在，例如硫酸鹽、焦硫酸鹽和三硫酸鐵鈉等。對(duì)此種現(xiàn)象大家普遍的說(shuō)法便是，鍋爐中燃燒的物質(zhì)所產(chǎn)生的金屬氧化物會(huì)與三氧化硫發(fā)生反應(yīng)并且反應(yīng)生成的是氣態(tài)的堿金屬硫酸鹽，由此鍋爐內(nèi)部的溫度分布并不均勻，會(huì)產(chǎn)生一定的溫度差和溫度梯度，那么在這種溫度梯度的作用下，氣態(tài)的堿金屬硫酸鹽會(huì)朝著較冷的區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)散，最終會(huì)沉積在水冷壁管。隨著時(shí)間的推移，沉積越來(lái)越厚，導(dǎo)致灰層中的溫度升高，梯度升高，從而使得沉積物沿著溫度梯度向管子的表面擴(kuò)散。最終的結(jié)果是使得金屬表面的灰中含有較多的硫酸鹽。

2.1.2 氯化物型高溫腐蝕

煤炭中都會(huì)含有一定量的氯化鈉，由于氯化鈉的熔點(diǎn)和蒸發(fā)點(diǎn)都遠(yuǎn)低于鍋爐中的火焰溫度，所含有的氯化鈉進(jìn)入鍋爐之中將會(huì)迅速汽化，這汽化之后的氯化鈉氣體非常容易和水、二氧化硫、三氧化硫等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而生成氯化氫。氯化氫是具有較強(qiáng)腐蝕性的，會(huì)對(duì)鍋爐表面金屬產(chǎn)生較大的腐蝕，從而加速了鍋爐的高溫腐蝕。

2.1.3 硫化物型高溫腐蝕

硫化物型的高溫腐蝕，是在氧化性和還原性?xún)煞N氣氛下發(fā)生的，主要在硫化氫和單質(zhì)硫的作用下，使得金屬材料與其發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而發(fā)生了腐蝕。這種高溫腐蝕也是較為常見(jiàn)的，因?yàn)槊禾恐泻休^多的硫元素，在高溫情況下，這種氧化還原反應(yīng)比較容易發(fā)生，從而引發(fā)較大的腐蝕。

2.2 低溫腐蝕

低溫腐蝕，在一定程度上也可稱(chēng)之為煙氣腐蝕，因?yàn)樵诘蜏貭顟B(tài)下造成的腐蝕，基本上都是鍋爐尾道內(nèi)的煙氣所造成的。主要是由于硫、釩、氧、氫等所引起的金屬損傷，看得到的表現(xiàn)形式為穿孔，局部下凹或者是呈現(xiàn)出斑點(diǎn)狀。這主要是由于煤炭中含有一定量的硫，燃燒之后便有個(gè)SO2氣體的存在，由于尾部的溫度較低，生成的二氧化硫在鐵和釩等的催化作用下會(huì)再次氧化而生成SO3，SO3又極易與水蒸氣結(jié)合生成硫酸蒸汽。這個(gè)硫酸蒸汽的存在會(huì)使得鍋爐內(nèi)的整個(gè)煙氣的露點(diǎn)明顯有所提升，而鍋爐尾部的溫度并不高，一般情況下壁溫會(huì)低于這個(gè)升高后的新的露點(diǎn)。那么硫酸蒸汽便會(huì)凝結(jié)成為硫酸小液滴，凝結(jié)附著管壁之上，這便就造成了硫酸對(duì)鍋爐金屬材料的酸性腐蝕。

3 鍋爐本體的內(nèi)部腐蝕

3.1 應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕是鍋爐內(nèi)部腐蝕中最為常見(jiàn)的，一般的金屬材料內(nèi)部都會(huì)出現(xiàn)這種應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕指的是在拉應(yīng)力存在的作用之下，金屬在介質(zhì)中所導(dǎo)致的破壞，這種破壞是對(duì)材料內(nèi)部的破壞，其破壞力是極其強(qiáng)悍的、不可復(fù)原的，一旦發(fā)生這種腐蝕的話，是需要緊急處理的。

常見(jiàn)的應(yīng)力腐蝕機(jī)理認(rèn)為，應(yīng)力的腐蝕可以分為兩種，一種是陽(yáng)極溶解，一種是氫致開(kāi)裂。鍋爐的金屬材料在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下，金屬表面的氧化膜會(huì)遭到破壞和腐蝕，這就導(dǎo)致了金屬表面會(huì)形成腐蝕區(qū)域和未腐蝕區(qū)域，那么這就使得表面呈現(xiàn)出陽(yáng)極和陰極。陽(yáng)極處的金屬灰溶解成為離子流向陰極，由離子的移動(dòng)變化便會(huì)產(chǎn)生電流。因?yàn)楦g的陽(yáng)極面積會(huì)明顯小得多的多，陽(yáng)極會(huì)有較大的電流，會(huì)對(duì)表面造成二次破壞和腐蝕，因此在金屬表面形成了裂紋。

3.2 氧腐蝕

由于鍋爐蒸汽中含有大量的水，水蒸汽一直在高溫下與鍋爐壁進(jìn)行反應(yīng)，水中的氧會(huì)與鐵產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而會(huì)形成氧腐蝕。水中溶解的氧分子對(duì)于金屬的腐蝕是是與一種電化學(xué)腐蝕，鐵氧會(huì)形成電池的陰陽(yáng)兩級(jí)。又由于鐵的電極電位總是比氧的電極電位低，所以在鐵氧電池中，鐵是陽(yáng)極，遭到腐蝕。

3.3 垢下腐蝕

垢下腐蝕是高壓鍋爐的一種常見(jiàn)的局部腐蝕現(xiàn)象，由于鍋爐內(nèi)的物料含有鈣鎂等物質(zhì)，這些物質(zhì)可以在鍋爐受熱的金屬內(nèi)表面形成水垢。水垢的成分有很多，除了常見(jiàn)的鈣鎂水垢，硅酸鹽水垢以外，還有部分的氧化鐵垢和銅垢等。當(dāng)鍋爐金屬材料表面形成水垢之后，鍋爐這部分金屬的導(dǎo)熱性會(huì)變差，水垢下面的金屬溫度勢(shì)必會(huì)升高。由于水垢會(huì)有一些縫隙，總會(huì)有水滲入這些縫隙中來(lái)，由于這里局部的溫度會(huì)有所升高則使得滲入的水濃縮而導(dǎo)致濃度加大，這種高濃度的鹽水在一定程度上便會(huì)加快金屬材料的腐蝕。但是如果鍋爐內(nèi)水的pH可以控制在9～11之間，那么便基本不會(huì)發(fā)生此類(lèi)腐蝕。

4 鍋爐腐蝕的防護(hù)

對(duì)于鍋爐腐蝕的防護(hù)，在設(shè)計(jì)、管理以及運(yùn)行階段均需要進(jìn)行。在設(shè)計(jì)階段的時(shí)候，要充分考慮到鍋爐可能遭受到的腐蝕作用，再最大限度下地防止鍋爐的應(yīng)力腐蝕以及垢下腐蝕等，合理的設(shè)計(jì)可以在源頭減少鍋爐所受到的腐蝕作用。

在鍋爐的運(yùn)行階段，對(duì)于鍋爐腐蝕的防護(hù)主要體現(xiàn)在對(duì)進(jìn)料的控制，進(jìn)入鍋爐的物料中若含有較多的結(jié)垢物質(zhì)勢(shì)必會(huì)造成鍋爐的腐蝕，要降低物料中的鈣鎂離子和碳酸鹽的含量，以此來(lái)減少鍋爐的結(jié)垢和游離的二氧化碳對(duì)鍋爐的腐蝕。還需要控制含鹽量和pH值等指標(biāo)，以此來(lái)減少可能發(fā)生的電化學(xué)腐蝕，情況允許的狀況下還可以采取加入一定量的阻垢緩蝕劑來(lái)防止腐蝕的發(fā)生。

對(duì)于鍋爐的管理過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)做好停用鍋爐的防腐保養(yǎng)工作，以保證防護(hù)的有效性。要徹底清理表面和煙道里的沉淀物，保持鍋爐本體外部干燥，還可以采取在鍋爐外表面粉刷防腐漆的措施來(lái)進(jìn)行防腐。

5 結(jié)語(yǔ)

鍋爐與人們的實(shí)際生活息息相關(guān)，研究好鍋爐本體的腐蝕機(jī)理可以更有效地幫助人們?nèi)ゲ扇∠鄬?duì)應(yīng)的措施進(jìn)行腐蝕的防護(hù)。鍋爐的腐蝕十分常見(jiàn)，但是更需要人們的關(guān)注來(lái)減少鍋爐的腐蝕傷害，以此來(lái)杜絕鍋爐事故的發(fā)生。總而言之，鍋爐本體的防護(hù)勢(shì)在必行，是安全生產(chǎn)生活的重要條件，任何人都不能有絲毫的疏忽。

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