火電廠給水系統(tǒng)金屬的腐蝕與防止

盧永云

論文摘要：火電廠鍋爐給水系統(tǒng)包括凝結(jié)水泵、低壓加熱器、除氧器、給水泵、省煤器和疏水箱等。在給水系統(tǒng)中流動的水雖然比較純凈，但其中往往含有一定量的氧和二氧化碳，這兩種氣體常常是引起給水系統(tǒng)中金屬腐蝕的主要因素。給水系統(tǒng)的腐蝕，會影響鍋爐及熱力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，發(fā)生在金屬表面的均勻腐蝕，雖不致立即使運(yùn)行發(fā)生故障，但會縮短熱力設(shè)備的使用年限。給水系統(tǒng)的腐蝕產(chǎn)物若被帶入鍋爐，則會污染鍋爐水，引起鍋爐內(nèi)部結(jié)垢和腐蝕，影響鍋爐的安全運(yùn)行。由于給水系統(tǒng)金屬腐蝕的危害性很大，所以防止系統(tǒng)的金屬腐蝕是一項(xiàng)重要的工作。在給水系統(tǒng)中發(fā)生的大都是電化學(xué)腐蝕，本文著重講述給水系統(tǒng)腐蝕種類、機(jī)理、特征，以及給水系統(tǒng)金屬腐蝕的防止。

火電廠給水系統(tǒng)包括汽輪機(jī)凝結(jié)水、加熱器疏水的輸送管道和加熱設(shè)備，其中包括凝結(jié)水泵、低壓加熱器、除氧器、給水泵、省煤器和疏水箱等。在給水系統(tǒng)中流動著水，一般是比較純凈的，在這里通常不會因鹽類從水中析出而在管壁上形成沉積物，可能發(fā)生的故障是金屬的腐蝕。給水系統(tǒng)中各種設(shè)備和管道大都是碳鋼制成的。金屬腐蝕按其機(jī)理可分為電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕兩類。給水系統(tǒng)中的腐蝕都屬于電化學(xué)腐蝕。 電化學(xué)腐蝕概論（1）原電池。鋅棒溶解成Zn離子進(jìn)入溶液，而溶液中的Cu析出在銅棒上。發(fā)生如下反應(yīng)： 鋅棒：Zn→Zn+2e 銅棒：Cu+2e →Cu （2）腐蝕微電池：在這個(gè)腐蝕電池中，F(xiàn)e為陽極，H為陰極。整個(gè)過程是由陽極過程和陰極過程組成的，其反應(yīng)為： 陽極： Fe-2e → Fe?陰極： 2H+2e→2H → H↑ 金屬遭到電化學(xué)腐蝕，大都是由于微電池作用的結(jié)果。給水系統(tǒng)中主要發(fā)生的腐蝕有溶解

氧腐蝕和二氧化碳腐蝕。這兩種腐蝕均屬于電化學(xué)腐蝕。

在給水系統(tǒng)中最易發(fā)生的是鋼材受到水中溶解氧的腐蝕。給水中氧腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，鐵和氧形成兩個(gè)電極，組成腐蝕電池。陽極Fe-2e→Fe，陰極O+2HO+4e→4OH。在這里溶解氧起陰極去極化作用，是引起鐵腐蝕的因素。這種腐蝕稱為氧去極化腐蝕，或簡稱氧腐蝕。腐蝕特征為：局部腐蝕或潰瘍腐蝕，在鋼鐵表面形成許多小型鼓包，顏色由黃褐色到磚紅色不等。?腐蝕部位：在給水系統(tǒng)中會發(fā)生氧腐蝕的部位，決定于水中溶解氧的含量和設(shè)備的運(yùn)行條件。通常，最易發(fā)生氧腐蝕的部位為給水管道、省煤器、疏水系統(tǒng)和補(bǔ)給水輸送管道。凝結(jié)水系統(tǒng)不易發(fā)生氧腐蝕。

二氧化碳腐蝕原理：當(dāng)水中有游離CO存在時(shí)，水呈酸性，反應(yīng)見下式：CO+HO=H+HCO，由于水中H含量的增多，H就會得到電子而生成氫氣，其反應(yīng)為：2H+2e=H↑。鐵則失去電子而被腐蝕，其反應(yīng)為：Fe =Fe+2e。?二氧化碳溶于水中雖然只呈弱酸性，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行，消耗掉的氫離子會被弱酸繼續(xù)電離所補(bǔ)充，因此pH值就會維持在一個(gè)較低的范圍內(nèi)，直至所有的弱酸電離完畢。腐蝕特征：游離CO腐蝕產(chǎn)物都是易溶的，在金屬表面不易形成保護(hù)膜，所以腐蝕特征是金屬均勻地變薄，這種腐蝕會使大量鐵的產(chǎn)物帶入鍋內(nèi)，引起鍋內(nèi)結(jié)垢和腐蝕。腐蝕部位：在熱力系統(tǒng)中最容易發(fā)生游離CO腐蝕的部位是凝結(jié)水系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)，這些部位會發(fā)生游離CO腐蝕，除氧后的設(shè)備中也會發(fā)生游離CO腐蝕。

為了防止給水系統(tǒng)金屬的腐蝕，通常采用的方法是除掉給水中的溶解氧，并且提高給水的PH值。使用這種方法時(shí)，常在給水中加入氨和聯(lián)氨。給水除氧通常采用熱力除氧和化學(xué)除氧兩種方法。（1）?給水熱力除氧原理：依據(jù)亨利定律，任何氣體在水中的溶解度與此氣體在氣水界面上的分壓成正比。在敞口設(shè)備中將水溫升高時(shí)，各種氣體在此水中的溶解度將下降，這是因?yàn)殡S著溫度的升高，氣水界面上的水蒸氣分壓增大和其他氣體的分壓降低的緣故。當(dāng)水溫達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)，它就不再具有溶解氣體的能力，因?yàn)榇藭r(shí)氣水界面上的水蒸氣的壓力和外界壓力相等，其他氣體的分壓都為零，各種氣體均不溶于水。所以，水溫升至沸點(diǎn)會促使水中原有的各種溶解氣體都分離出來，這就是熱力除氧所依據(jù)的原理。熱力除氧不僅可以去除水中的氧還可以去除水中其他的各種溶解氣體。因此熱力除氧器也可稱為熱力除氣器。熱力除氧器按照其進(jìn)水方式的不同，可以分為混合式和過熱式的兩類。熱力除氧器按其工作壓力不同分為真空式、大氣式和高壓式。按其結(jié)構(gòu)分為淋水盤式、噴霧填料式。除氧器的除氧效果是否良好，決定于設(shè)備的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行工況。水應(yīng)加熱至沸點(diǎn)，解吸出來的氣體應(yīng)能通暢地排走，送人的補(bǔ)給水量應(yīng)穩(wěn)定，并列運(yùn)行的各臺除氧器負(fù)荷應(yīng)均勻。（2）給水化學(xué)除氧原理：化學(xué)除氧主要是通過加入聯(lián)氨來實(shí)現(xiàn)的。聯(lián)氨是一種還原劑，特別是在堿性溶液中，它是一種很強(qiáng)的還原劑，可將水中的溶解氧還原：NH+O→N+2HO。聯(lián)氨除氧的合理?xiàng)l件為：150℃以上的溫度，PH值為911的堿性介質(zhì)和適當(dāng)?shù)腘H過剩量。 2.調(diào)節(jié)給水PH值：調(diào)節(jié)PH值為8.89.3范圍是最好的給水PH值。主要通過加氨來實(shí)現(xiàn) 原理：氨溶于水稱為氨水，呈堿性，其反應(yīng)如下：NH+HO→NHOH.我廠目前采用的就是氨和聯(lián)氨聯(lián)合處理方法。聯(lián)氨具有揮發(fā)性、有毒、易燃燒，所以在保存、輸送、化驗(yàn)各方面一定注意安全，嚴(yán)格按照操作規(guī)程執(zhí)行。除了使用聯(lián)氨以外，還有應(yīng)用催化聯(lián)氨進(jìn)行除氧的。還有一些有機(jī)除氧劑，如碳酰肼、肟類除氧劑、異抗壞血酸、羥胺類化合物。

為了防止給水對金屬的侵蝕性，除了消除其含氧量外，還必須調(diào)節(jié)給水的PH值。因?yàn)殡S著水的PH值增大，鋼鐵的腐蝕明顯減少。調(diào)節(jié)給水PH值的方法是在給水中加氨或胺。給水加氨處理原理：氨溶于水稱為氨水，呈堿性其反應(yīng)式為NH+HO→NHOH，給水PH值過低的原因是它含有游離CO所以加NH就相當(dāng)于用氨水的堿性來中和碳酸的酸性。NHOH+HCO→NHHCO+?HO，?NHOH+?NHHCO→（NH）CO+?HO.氨是一種受熱不會分解并易揮發(fā)的物質(zhì)，被中和的CO也是揮發(fā)性的物質(zhì)。但這兩種物質(zhì)的分配系數(shù)有很大的差別，CO的分配系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氨的分配系數(shù)。用氨處理時(shí)會出現(xiàn)某些地方NH過多，而另一些地方NH過少的矛盾，因此不能用氨處理作為解決給水因含有游離CO而PH值過低的唯一措施，應(yīng)該首先盡可能地降低給水中的碳酸鹽含量，再進(jìn)行加氨處理才有好的效果。氨處理使用的藥品有液氨，氨水等。因?yàn)镹H有揮發(fā)性，不論在熱力系統(tǒng)的哪一部位都可使整個(gè)系統(tǒng)有氨。通常把氨水或液氨加在補(bǔ)給水、給水或凝結(jié)水中，也可將氨和聯(lián)氨一起加在除氧器出口的給水中。不同機(jī)組所要求的PH值范圍有差異，所以加氨量要根據(jù)運(yùn)行調(diào)整試驗(yàn)來確定。多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，用氨調(diào)節(jié)給水的PH值，其效果是比較好的。使用自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)加氨處理，給水基本上可以維持在規(guī)定的PH值范圍內(nèi)，在減輕熱力系統(tǒng)金屬腐蝕的同時(shí)，還由于水汽系統(tǒng)中的含鐵量和含銅量的降低，而減少了鍋爐內(nèi)沉積物的量。

給水系統(tǒng)的腐蝕，會影響鍋爐及熱力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。比如省煤器因腐蝕而穿孔和給水泵葉輪的腐蝕損傷等，都會造成事故停爐，發(fā)生在金屬表面的均勻腐蝕，雖不致立即使運(yùn)行發(fā)生故障，但會使熱力設(shè)備提前報(bào)廢，縮短其使用年限。給水系統(tǒng)的腐蝕產(chǎn)物若被帶入鍋爐，則會污染鍋爐水，引起鍋爐內(nèi)部結(jié)垢和腐蝕，影響鍋爐的安全運(yùn)行。由于給水系統(tǒng)金屬腐蝕的危害性很大，所以防止系統(tǒng)的金屬腐蝕是一項(xiàng)重要的工作。為了防止給水系統(tǒng)的金屬腐蝕，除了加氨和聯(lián)氨降低給水溶解氧和二氧化碳腐蝕外，保證給水水質(zhì)也是至關(guān)重要的。保證給水水質(zhì)的方法有：（1）減少熱力系統(tǒng)的水、汽損失，降低補(bǔ)給水量;（2）采用合理的和先進(jìn)的水處理工藝，制備優(yōu)良的鍋爐補(bǔ)給水;（3）防止凝汽器泄漏，避免凝結(jié)水污染。（4）對給水和凝結(jié)水系統(tǒng)采取有效的防腐措施，減少熱力系統(tǒng)的腐蝕;（5）作好停備用保護(hù)工作，減輕熱力系統(tǒng)的腐蝕。為了獲得良好的給水水質(zhì)，作為化驗(yàn)員的我，日常監(jiān)督以下給水項(xiàng)目（1）硬度。目的是防止鍋爐給水系統(tǒng)生成鈣、鎂水垢，并且減少爐內(nèi)磷酸鹽處理的加藥量，?避免在鍋爐水中產(chǎn)生大量水渣。（2）油。給水中有油，進(jìn)入爐內(nèi)后會附著在爐管管壁上并受熱分解，危及鍋爐安全。在鍋水中吸附水渣而形成漂浮態(tài)，促進(jìn)泡沫生成，引起蒸汽質(zhì)量劣化。含油的細(xì)小水滴被蒸汽攜帶到過熱器，會導(dǎo)致過熱器管生成沉積物而損壞。（3）溶解氧。目的是為了防止給水系統(tǒng)和省煤器發(fā)生溶解氧腐蝕，同時(shí)也為了監(jiān)督除氧器的除氧效果。（4）聯(lián)胺。監(jiān)督給水中的過剩聯(lián)胺量，保證除氧效果，并消除因發(fā)生給水泵不嚴(yán)密等異常情況而偶然漏入給水中的溶解氧。（5）pH值。為了防止給水系統(tǒng)的腐蝕，保證一定的堿性范圍，而又不使含氨量過多必須監(jiān)督pH值。（6）總CO。防止系統(tǒng)中鐵、銅腐蝕產(chǎn)物增大。（7）全鐵、全銅。防止?fàn)t管生成鐵垢、銅垢，監(jiān)督全鐵、全銅，也是評價(jià)熱力系統(tǒng)腐蝕情況的依據(jù)之一。發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)匯報(bào)，及時(shí)調(diào)整，確保給水水質(zhì)良好，最大限度減少給水系統(tǒng)的腐蝕，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。