蒸汽鍋爐腐蝕事故分析及預(yù)防

文/萊蕪市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 亓海峰

蒸汽鍋爐是人民生產(chǎn)和生活中廣泛使用的特種設(shè)備。本文通過一起鍋爐鍋筒底部腐蝕的問題，對(duì)腐蝕的形成原因進(jìn)行了分析，提出了預(yù)防措施以保障鍋爐的安全有效運(yùn)行。

山東省萊蕪市某化工有限公司DZL10-1.25-AⅡ型蒸汽鍋爐，在2016年內(nèi)部檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。鍋筒底部距前管板600 mm范圍內(nèi)面積770 mm＋720 mm， 鍋爐內(nèi)爐膽水側(cè)存在約16個(gè)大小不等的圓形麻點(diǎn)狀腐蝕凹坑， 形貌基本相同，其中最大一個(gè)圓形腐蝕坑ф72 mm，深11.50 mm，最小一個(gè)圓形腐蝕坑ф12 mm，深11.40 mm。鼓包表面呈紅褐色，用小尖錘輕敲鼓包處，在內(nèi)表面形成一腐蝕坑，坑內(nèi)堆著腐蝕產(chǎn)物，其內(nèi)有黑色粉末狀物，腐蝕產(chǎn)物越多，蝕坑越深。在此鍋爐煙管水側(cè)面還發(fā)現(xiàn)大量的腐蝕鼓包，剝?nèi)ス陌跓煿苌狭粝乱桓g斑點(diǎn)。但從整個(gè)鍋爐腐蝕情況來看，在高溫輻射區(qū)腐蝕程度要比煙管和其他部位嚴(yán)重。根據(jù)《鍋爐定期檢驗(yàn)規(guī)則》第十九條第六款規(guī)定，需要由具備資質(zhì)的修理單位，對(duì)缺陷部位進(jìn)行挖補(bǔ)，經(jīng)無損檢測(cè)和水壓試驗(yàn)合格后運(yùn)行。由于維修工作，致使大批訂單延誤，經(jīng)濟(jì)損失數(shù)十萬元。

蒸汽鍋爐腐蝕狀況

金相檢驗(yàn)及腐蝕產(chǎn)物分析

通過此鍋爐鍋筒腐蝕部位的產(chǎn)物分析，可判斷此腐蝕主要是氧腐蝕。從腐蝕部位來看，腐蝕凹坑不僅分布在爐膽母材上，而且還分布在焊縫熱影響區(qū)上。

通過取樣，進(jìn)行金相檢驗(yàn)分析。在距離前管板約650 mm處的焊縫熱影響區(qū)及母材上打磨見金屬光澤，用酒精溶液清洗，在金相顯微鏡上觀察及拍攝金相照片。其檢驗(yàn)結(jié)果：發(fā)現(xiàn)母材的顯微組織均為正常的鐵素體和珠光體，鐵素體晶粒度為8級(jí)，熱影響區(qū)為魏氏組織。化驗(yàn)分析腐蝕產(chǎn)物，主要為Fe2O3，其次為CaO。取腐蝕坑內(nèi)腐蝕產(chǎn)物化驗(yàn)分析：Fe3+含量為152 mg/L， Fe2+含量為6.4 mg/L，其他成分如表。

腐蝕產(chǎn)物成分表

腐蝕產(chǎn)生原因分析

對(duì)于此臺(tái)蒸汽鍋爐腐蝕的成因，有以下幾點(diǎn)分析。

首先，水中溶解氧是引起金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的一個(gè)主要因素。近一段時(shí)間以來，由于領(lǐng)導(dǎo)層和司爐人員的更換調(diào)整，此臺(tái)鍋爐在整個(gè)運(yùn)行過程中，鍋爐給水除氧設(shè)備未得到有效利用，除氧效果不好。從而使給水中的溶解氧帶入鍋爐內(nèi)，引起電化學(xué)腐蝕，鐵和氧形成兩個(gè)電極，鐵的電極電位比氧的電極電位低。氧氣對(duì)鋼和鐵的腐蝕速度具有雙重影響，一方面，氧氣無論對(duì)于陰極還是陽極，都是很好的去極化劑，加速了金屬的腐蝕速度。另一方面，鍋爐水中溶解氧濃度增大，由于鋼材受溶解氧腐蝕的結(jié)果，在其表面產(chǎn)生致密的保護(hù)膜，所以會(huì)使腐蝕減弱。保護(hù)膜形成后，雖然可在鋼材表面減少腐蝕核心的數(shù)目，卻提高了每個(gè)已開始腐蝕點(diǎn)的腐蝕速度。所以由于氧腐蝕具有局部性的特點(diǎn)，就看到了一個(gè)個(gè)麻點(diǎn)狀潰瘍腐蝕凹坑。

其次，根據(jù)了解，此鍋爐于2014年3月16日內(nèi)部檢驗(yàn)時(shí)未見異常。在2016年3月15日定期檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)上述腐蝕缺陷，經(jīng)核實(shí)，該公司主要生產(chǎn)過氧化苯甲酰、苯甲酰氯、過氧化苯甲酸叔丁酯等過氧化物類產(chǎn)品。該公司生產(chǎn)車間在2015年10月份輸送過氧化物類產(chǎn)品的管道發(fā)生泄漏，未引起安全管理人員重視，致使部分產(chǎn)品流入軟水池并帶入鍋爐中。由于過氧化物類產(chǎn)品在103～106℃溫度下受熱易分解產(chǎn)生氧氣，此鍋爐白天運(yùn)行時(shí)間短，壓火時(shí)間較長(zhǎng)，爐膛前部溫度較低，析出氧氣在鍋筒內(nèi)底部距前管板600 mm周圍聚集停滯，造成氧腐蝕。使鍋爐內(nèi)產(chǎn)生了大量的氧腐蝕產(chǎn)物，加上爐水Cl-含量較高，又會(huì)引發(fā)氧濃差腐蝕，氧腐蝕點(diǎn)成為陽極，周圍成為陰極。這樣如果有氧氣存在，腐蝕就會(huì)不斷深入，繼續(xù)加劇。當(dāng)溫度升高時(shí)，各種物質(zhì)在水溶液中的擴(kuò)散速度加快，鍋爐水中電阻降低，金屬的保護(hù)膜很容易受到破壞，這樣加速了金屬的腐蝕速度。

最后，現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)及運(yùn)行記錄表明此鍋爐停爐頻繁，并且在停爐期間，沒有采取任何保護(hù)措施，設(shè)備運(yùn)行維護(hù)和管理不到位，沒有保養(yǎng)記錄，也未配備持證水處理作業(yè)人員，沒有對(duì)鍋爐水樣及時(shí)進(jìn)行化驗(yàn)分析。停用鍋爐腐蝕所造成鍋爐表面粗糙，凹坑狀態(tài)及腐蝕產(chǎn)物會(huì)成為運(yùn)行中腐蝕的促進(jìn)因素。當(dāng)鍋爐經(jīng)常停用、啟動(dòng)，在運(yùn)行腐蝕中生成的低價(jià)氧化鐵，在鍋爐下次停用時(shí)，由于吸收空氣中的氧又重新被氧化成高價(jià)氧化鐵。這樣，隨著運(yùn)行和停用交替進(jìn)行，腐蝕過程反復(fù)進(jìn)行，從而導(dǎo)致腐蝕加劇，所以，啟停頻繁的鍋爐腐蝕尤為嚴(yán)重。

綜上所述，該鍋爐由于給水含氧量超標(biāo)和爐水指標(biāo)不合格引發(fā)了鍋筒的腐蝕的發(fā)生。如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)引起鍋筒泄漏，甚至引發(fā)事故的發(fā)生，后顧不堪設(shè)想。

預(yù)防措施

預(yù)防鍋爐腐蝕工作，防止此類情況的再次發(fā)生，不僅節(jié)省了人力、物力、財(cái)力，又對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行起到了保障作用。要避免和減緩腐蝕，除制定好針對(duì)上述成因的有效措施外，還應(yīng)在管理上對(duì)腐蝕的預(yù)防采用以下對(duì)策。

做好給水除氧工作，提高給水品質(zhì)。根據(jù)此公司生產(chǎn)工藝特性，嚴(yán)格按照GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)，并隨時(shí)檢測(cè)鍋爐給水和鍋水溶解氧含量。對(duì)于工業(yè)鍋爐，當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量≥10 t/h要除氧，要求給水溶解氧含量≤0.1 mg/L。常用的給水除氧方法主要是熱力除氧和化學(xué)除氧兩種，熱力除氧法是采用熱力除氧器將水中溶解氧除去，它是給水除氧的主要措施。對(duì)于蒸發(fā)量小工業(yè)鍋爐采用熱力除氧存在一定困難，因此化學(xué)除氧法目前是主要的除氧措施。

鍋爐運(yùn)行中嚴(yán)格控制鍋爐給水和爐水的pH值，以減緩鍋爐腐蝕。一方面，電解質(zhì)溶液中氧離子濃度的變化，直接決定著腐蝕速度。提高給水的pH值，可以防止給水管道中氫去極化腐蝕，也能防止金屬表面保護(hù)膜的損壞。所以一般控制給水pH值在7.0以上。另一方面，在鍋爐水pH值低于10的情況下，氧腐蝕極易發(fā)生，多年的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)爐水pH值在10～12之間時(shí)，氧腐蝕速度就會(huì)減緩，因此在鍋爐運(yùn)行過程中，加強(qiáng)排污，及時(shí)調(diào)節(jié)鍋爐爐水堿度，保證鍋爐的pH值在此范圍內(nèi)。實(shí)行科學(xué)、有效的排污，保持鍋爐水質(zhì)達(dá)標(biāo)，是減緩或防止鍋爐結(jié)垢，保證蒸汽品質(zhì)和防止鍋爐金屬腐蝕的重要措施。當(dāng)然，新裝鍋爐要在煮爐過程中鈍化好金屬保護(hù)膜。

做好鍋爐停爐期間的維護(hù)保養(yǎng)。很多鍋爐在停用時(shí)，由于維護(hù)保養(yǎng)不到位，使空氣中的氧氣和水分進(jìn)入鍋爐系統(tǒng)，當(dāng)再次運(yùn)行時(shí)容易導(dǎo)致腐蝕進(jìn)一步加劇。因此在鍋爐停用期間，可采取阻止空氣進(jìn)入鍋爐系統(tǒng)內(nèi)部的濕法保護(hù)、降低鍋爐系統(tǒng)內(nèi)部濕度的干法保護(hù)、使用緩蝕劑保護(hù)等三種保護(hù)方法，目的都是避免和減緩鍋爐在停爐時(shí)發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象。

建立健全鍋爐安全管理規(guī)章制度，完善鍋爐房各項(xiàng)記錄。配備持證鍋爐相關(guān)人員，人的問題是核心因素和關(guān)鍵，加強(qiáng)鍋爐安全管理人員和司爐人員的責(zé)任心。建立崗位責(zé)任制，責(zé)任到人，一環(huán)扣一環(huán)，密切配合好，形成合力。按照鍋爐房的人員配備，做好水處理記錄，健全水質(zhì)管理制度，對(duì)待安全問題，不能有絲毫麻痹和懈怠心理，安全重于泰山。水處理作業(yè)人員與司爐人員密切配合，按照GB1576-2008水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，加強(qiáng)水質(zhì)處理和監(jiān)測(cè)力度，根據(jù)鍋爐給水和爐水檢測(cè)指標(biāo)合格與否，適當(dāng)進(jìn)行鍋爐排污，及時(shí)調(diào)節(jié)爐膛燃燒狀況。