鍋爐本體的腐蝕機(jī)理及防護(hù)

（陜西德源府谷能源有限公司，陜西 榆林 719000）

鍋爐在長期使用中，如果清理措施不當(dāng)，就會增加鍋爐安全隱患。當(dāng)鍋爐的本體受到腐蝕時(shí)，將會嚴(yán)重影響鍋爐的正常使用，工業(yè)鍋爐使用中面臨的問題極為嚴(yán)峻。工業(yè)鍋爐的防腐蝕措施主要從鍋爐內(nèi)部和鍋爐外部2 個(gè)方面著手。

1 工業(yè)鍋爐本體腐蝕的基本類型和機(jī)理

根據(jù)工業(yè)鍋爐腐蝕的常見形式進(jìn)行腐蝕劃分，可以將其劃分成為內(nèi)部腐蝕和外部腐蝕2 種類型。導(dǎo)致鍋爐出現(xiàn)內(nèi)部腐蝕的原因相對較多，例如蒸氣腐蝕、應(yīng)力腐蝕、堿腐蝕以及氧氣腐蝕等。內(nèi)腐蝕所表現(xiàn)出來的形式為多種腐蝕相互疊加。外部腐蝕出現(xiàn)的原因則相對較為簡單，主要是由于鍋爐長時(shí)間處于高溫環(huán)境中，與周圍氧氣發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致金屬材料出現(xiàn)氧化腐蝕。

就工業(yè)鍋爐本體腐蝕機(jī)理而言，鍋爐本體腐蝕可以根據(jù)原因劃分為電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕主要是指工業(yè)鍋爐在使用中，其外部介質(zhì)以及金屬材料均受到電化學(xué)影響而產(chǎn)生變化，在該過程中，便會導(dǎo)致鍋爐本體被腐蝕[1]?；瘜W(xué)腐蝕主要是指工業(yè)鍋爐在使用中，其外部介質(zhì)以及金屬材料受到化學(xué)影響產(chǎn)生變化。

2 工業(yè)鍋爐本體的外部腐蝕

2.1 工業(yè)鍋爐外部高溫腐蝕

在工業(yè)鍋爐外部腐蝕現(xiàn)象中，最為主要的是高溫腐蝕。高溫腐蝕反應(yīng)過程十分復(fù)雜且繁瑣，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于鍋爐內(nèi)部的金屬材料表面與高溫?zé)煔獍l(fā)生作用而導(dǎo)致[2]。根據(jù)目前對工業(yè)鍋爐高溫腐蝕的研究現(xiàn)狀得知，在一般情況下局部位置具有較高熱負(fù)荷的區(qū)域，也就是說管壁溫度相對比較高的區(qū)域，通常更加容易出現(xiàn)高溫腐蝕的現(xiàn)象。其他區(qū)域位置高溫腐蝕的現(xiàn)象較弱，甚至不會發(fā)生高溫腐蝕現(xiàn)象。

2.1.1 釩化物型高溫腐蝕

就燃油鍋爐，在原油當(dāng)中，V 是含量最高的元素，對于加工以及燃燒原油都會產(chǎn)生工程問題，例如在催化表面位置產(chǎn)生沉淀，從而造成催化劑失去活性，造成設(shè)備被腐蝕或者是結(jié)焦。加工處理原油過程中，最重要的就是要脫V。在工業(yè)鍋爐的內(nèi)部位置富氧、高溫環(huán)境下，Na、V 和S 的相關(guān)化合物將會發(fā)生氧化反應(yīng)，形成不同的氧化物以及鹽類[3]。倘若灰分中僅僅存在著V2O5，那么其對于金屬所造成的腐蝕性相對不大。但是若同時(shí)存在著Na2SO4，兩者之間便會產(chǎn)生共晶化合物，從而加快腐蝕的進(jìn)度。在表1 中，羅列出來了關(guān)于油灰之中主要的釩化物熔點(diǎn)。

表1 油灰中釩化物及其熔點(diǎn)

從表1中可以得知，大多數(shù)的釩酸鹽熔點(diǎn)集中在500℃~900℃。當(dāng)Na2O 的含量得以提升，將會增加釩酸鹽熔點(diǎn)。日積月累，在過熱器與再熱器等高溫硬件設(shè)備中將會積累很多釩酸鹽，腐蝕管壁。例如NaVO3可以通過化學(xué)方程式（1）和化學(xué)方程式（2）破壞掉Ni-Cr 合金表面保護(hù)性氧化層。

2.1.2 硫酸鹽型高溫腐蝕

國內(nèi)和國外相關(guān)學(xué)者分析腐蝕鍋爐積灰，得知在積灰中含有大量的金屬元素和硫元素。對這些元素進(jìn)行分析可以知道，這些元素大多數(shù)是以復(fù)合硫酸鹽的方式存在[4]。就該類現(xiàn)象學(xué)者們普遍認(rèn)為鍋爐中的物質(zhì)在燃燒過程中會形成金屬氧化物，氧化物能與三氧化硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而形成堿金屬硫酸鹽，所以在鍋爐的灰層中會出現(xiàn)不均勻的溫度分布現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)溫度梯度以及溫度差。受溫度梯度影響，汽化的堿金屬會擴(kuò)散到溫度較低的位置，沉積在水冷壁管中。隨著時(shí)間的推移，沉積量會逐漸增加，最終導(dǎo)致灰層當(dāng)中的溫度不斷上升，梯度也不斷上升，使沉積物擴(kuò)散到管子表面，在金屬秒表面灰層中形成較多硫酸鹽。

2.1.3 氯化物型高溫腐蝕

在煤炭含有定量的氯化鈉，由于氯化鈉的蒸發(fā)點(diǎn)和熔點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于火焰溫度，所以會在短時(shí)間內(nèi)汽化，與三氧化硫等物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氯化氫[5]。氯化氫的性質(zhì)較為特殊，其腐蝕性比較強(qiáng)，鍋爐的表面金屬長期接觸氯化氫，將會被嚴(yán)重腐蝕，造成鍋爐安全隱患升級，加速工業(yè)鍋爐的高溫腐蝕現(xiàn)象。

2.1.4 硫化物型高溫腐蝕

在還原性和氧化性雙重環(huán)境影響下，鍋爐內(nèi)部會發(fā)生硫化物型高溫腐蝕，受單質(zhì)硫和硫化氫的影響，鍋爐的金屬材質(zhì)將會受到嚴(yán)重的氧化還原反應(yīng)，出現(xiàn)腐蝕[6]。硫化物型高溫腐蝕是最為常見的腐蝕現(xiàn)象，這是由于燃料中含有較多硫元素，當(dāng)受到高溫便會釋放擴(kuò)散。

2.1.5 還原性氣體高溫腐蝕

當(dāng)煤粉進(jìn)入到爐膛之后，會存在部分未充分燃燒的煤粉，同時(shí)還存在部分還原性氣體。當(dāng)爐膛當(dāng)中的含氧量不低于2%的時(shí)候，一氧化碳的含量不超過3%~5%。當(dāng)鍋爐中的爐膛含氧量相對較低時(shí)，一氧化碳的含量會出現(xiàn)較大波動。由于一氧化碳和水冷壁金屬出現(xiàn)氧化鐵保護(hù)膜化學(xué)反應(yīng)，將會導(dǎo)致氧化鐵保護(hù)膜出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而腐蝕水冷壁[7]。因此，很多研究人員在檢測水冷壁高溫腐蝕時(shí)，將一氧化碳含量當(dāng)做關(guān)鍵指標(biāo)。

2.2 工業(yè)鍋爐低溫腐蝕

工業(yè)鍋爐的低溫腐蝕現(xiàn)象在某種程度上可以將其稱作煙氣腐蝕，在長期低溫的環(huán)境狀態(tài)下，對鍋爐造成腐蝕，而這種腐蝕也大多數(shù)是由尾道內(nèi)部的煙氣形成。主要由于氫元素、釩元素、硫元素等損傷金屬導(dǎo)致，常出現(xiàn)的表面現(xiàn)象就是穿孔，以及局部位置出現(xiàn)下陷或者是斑點(diǎn)狀。發(fā)生這種現(xiàn)象的原因在于煤炭當(dāng)中含有硫元素，在燃燒完成之后就會釋放二氧化硫[8]。當(dāng)鍋爐的尾部位置溫度下降，釩和鐵就會催化二氧化硫再次氧化，生成的三氧化硫結(jié)合水蒸氣生成硫酸蒸氣，提升鍋爐內(nèi)部煙氣露點(diǎn)。當(dāng)鍋爐的尾部位置溫度較低的時(shí)候，壁溫也將會低于露點(diǎn)溫度，硫酸蒸汽將會迅速凝結(jié)，成為小液滴，在管壁之上凝結(jié)附著，造成金屬材料酸性腐蝕。

3 鍋爐本體的內(nèi)部腐蝕現(xiàn)象

3.1 鍋爐的應(yīng)力腐蝕

在鍋爐的內(nèi)部腐蝕當(dāng)中，最為常見的腐蝕是應(yīng)力腐蝕。根據(jù)相關(guān)資料顯示，普通金屬材料制作而成的鍋爐，其內(nèi)部都會有應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生。應(yīng)力腐蝕是指當(dāng)存在拉應(yīng)力的時(shí)候，金屬被破壞，這種破壞會損壞內(nèi)部材料，具有拉應(yīng)力破壞性強(qiáng)，不可復(fù)原的特點(diǎn)，如果發(fā)生這種破壞現(xiàn)象，需要快速處理。在工業(yè)鍋爐使用的過程中，最常出現(xiàn)的鍋爐應(yīng)力腐蝕機(jī)理大體分成2 種類型，一種是氫致開裂，一種是陽極溶解。制作工業(yè)鍋爐的金屬在腐蝕介質(zhì)和應(yīng)力的雙重作用下，腐蝕和破壞金屬表面氧化膜，導(dǎo)致金屬表面形成未腐蝕區(qū)域和腐蝕區(qū)域，金屬表面會呈現(xiàn)出陰極和陽極。在陽極位置的金屬被溶解后形成離子，向陰極位置流動，離子移動形成電流。由于腐蝕陽極面積減少，陽極會出現(xiàn)極大電流，會二次腐蝕和破壞表面[9]。

3.2 氧腐蝕

鍋爐蒸汽中含有大量的水分，在高溫環(huán)境下，水蒸氣不斷與鍋爐發(fā)生反應(yīng)，水分中的氧氣分子與鐵發(fā)生反應(yīng)，形成氧腐蝕。金屬受到氧分子氧化也是一種腐蝕方式，歸屬于電化學(xué)腐蝕，鐵氧化會產(chǎn)生電池的陽極和陰極。

3.3 垢下腐蝕

高壓鍋爐的垢下腐蝕現(xiàn)象是最為常見的局部腐蝕。鍋爐內(nèi)部物料當(dāng)中含有很多鈣物質(zhì)和鎂物質(zhì)，除了比較常見的鈣鎂水垢之外，還少量的銅垢和氧化鐵垢。當(dāng)鍋爐的金屬表面有水垢出現(xiàn)的時(shí)候，將會降低金屬導(dǎo)熱性，位于水垢下方位置的金屬，其溫度勢必會逐漸升高[10]。在水垢之間存在的縫隙，將會有水通過這些縫隙進(jìn)入到縫隙當(dāng)中，當(dāng)溫度上升的時(shí)候，將會增加滲入的水的濃度。高濃度鹽水將會增強(qiáng)腐蝕金屬的力度。將鍋爐內(nèi)部的水分pH 值控制在9~11，就會避免該種腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)。

4 防護(hù)鍋爐腐蝕措施

在防護(hù)鍋爐腐蝕時(shí)，要綜合設(shè)計(jì)階段、管理階段和運(yùn)行階段。在設(shè)計(jì)鍋爐階段，要對可能會出現(xiàn)的腐蝕作用綜合考慮，預(yù)判腐蝕帶來的不良后果，最大限度地降低鍋爐出現(xiàn)的應(yīng)力腐蝕和垢下腐蝕等。設(shè)計(jì)如果合理，將會盡量避免出現(xiàn)鍋爐腐蝕的現(xiàn)象。

在鍋爐運(yùn)行階段，防護(hù)鍋爐腐蝕的主要措施是控制進(jìn)料。當(dāng)物料被投放進(jìn)入鍋爐之后，如果含有較多的結(jié)垢物質(zhì)，將會有很大概率腐蝕鍋爐。想要盡量避免出現(xiàn)鍋爐腐蝕現(xiàn)象，就要控制物料中碳酸鹽與鈣鎂離子的含量，進(jìn)而減少鍋爐結(jié)垢和游離二氧化碳腐蝕鍋爐的影響。此外，還需要對pH 值與含鹽量等相關(guān)指標(biāo)做好嚴(yán)格控制，從而盡可能地降低可能會出現(xiàn)的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。如果條件允許，還可以適當(dāng)?shù)募尤胱韫妇徫g劑，進(jìn)一步防止出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。

在管理鍋爐環(huán)節(jié)中，要根據(jù)規(guī)定做好保養(yǎng)和防腐蝕工作，定時(shí)定期停用鍋爐，進(jìn)而保證防護(hù)工作的有效性。想要對鍋爐表面和內(nèi)部煙道當(dāng)中的沉淀物做好徹底清理，確保鍋爐外部干燥，還可以采取粉刷防腐漆的措施。

5 結(jié)語

人們的生活和工作都與鍋爐息息相關(guān)，對于鍋爐本體的腐蝕機(jī)理進(jìn)行研究，可以幫助鍋爐設(shè)計(jì)人員和管理人員更好地認(rèn)識和使用鍋爐，通過合理的措施提高鍋爐的安全性能。在使用鍋爐時(shí)，腐蝕現(xiàn)象最為常見，但是卻很少有人關(guān)注鍋爐被腐蝕而造成的傷害，也更少有人會采取有效措施未雨綢繆?？偠灾?，做好防護(hù)鍋爐腐蝕工作勢在必行。