淺析工業(yè)鍋爐垢下腐蝕及實(shí)例分析

李 富 強(qiáng)

(河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院張家口分院,河北 張家口 075000)

0 引 言

調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，在我國(guó)熱力設(shè)備的事故中，因腐蝕原因引起的占40%-50%.國(guó)外近幾年也有統(tǒng)計(jì)表明，熱力設(shè)備效率損失每年達(dá)3%左右，而其中2/3是由于腐蝕所致.我國(guó)每年因腐蝕而報(bào)廢的工業(yè)鍋爐已超過1000臺(tái)，每年因腐蝕產(chǎn)生的損失達(dá)3億元以上，腐蝕是導(dǎo)致鍋爐受熱面失效的主要原因之一.隨著鍋爐水處理設(shè)備不斷發(fā)展和結(jié)垢問題得到有效控制后，鍋爐水汽系統(tǒng)的腐蝕問題尤為突出，而垢下腐蝕在鍋爐水汽系統(tǒng)的腐蝕中占有很大的比重.本文主要針對(duì)垢下腐蝕對(duì)鍋爐的危害進(jìn)行論述.

1 鍋爐垢下腐蝕分類及損壞特征

當(dāng)鍋爐介質(zhì)側(cè)受熱面附有水垢，在水垢下會(huì)有腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，稱為鍋爐垢下腐蝕.垢下腐蝕是工業(yè)鍋爐日常使用中一種常見的腐蝕形態(tài)，其腐蝕機(jī)理是鍋爐在使用過程中由于水質(zhì)處理不當(dāng)造成受熱面結(jié)有一定的水垢，水垢的主要成分為水中鹽類物質(zhì)的總稱,其傳熱效率往往較之光管差幾倍到幾十倍，所以水垢下面的金屬壁溫就會(huì)明顯升高，滲到水垢下面的爐水就會(huì)急劇濃縮，而且不能和爐內(nèi)中的爐水混合，結(jié)果水垢下的爐水中各種雜質(zhì)的濃度變得很高，就可能使酸性或堿性環(huán)境變得更加極端，加快腐蝕.

垢下腐蝕按其腐蝕原理可分為酸性垢下腐蝕和堿性垢下腐蝕兩種.

酸性垢下腐蝕：一般發(fā)生在受熱面水垢比較嚴(yán)重部位，金相組織有明顯的脫碳現(xiàn)象，沿滲碳體邊界及晶界生成細(xì)小的裂紋.其損壞特征使金屬變脆，嚴(yán)重時(shí)管壁未見明顯減薄現(xiàn)象就有可能發(fā)生爆管事故.

堿性垢下腐蝕：爐水中的堿性物質(zhì)隨著爐水不斷蒸發(fā)濃縮會(huì)形成濃度很高的堿性物質(zhì)環(huán)境，受熱面背火側(cè)為陰極，陰極上無(wú)水垢，生成的氫氣很快地進(jìn)入汽水混合物中，并被帶走；有水垢的向火側(cè)為陽(yáng)極，發(fā)生反應(yīng)后形成腐蝕坑.其損壞特征是金屬表面向下凹陷呈貝殼狀腐蝕坑，坑上覆蓋著腐蝕產(chǎn)物.當(dāng)腐蝕坑達(dá)到一定的深度后，管壁變薄，就會(huì)發(fā)生鼓包或者爆管.

在這里需要說明的是堿性垢下腐蝕通常情況下，一旦發(fā)現(xiàn)結(jié)垢，在鍋爐的日常維護(hù)保養(yǎng)過程中及時(shí)進(jìn)行酸洗往往會(huì)消除在萌芽狀態(tài)中，而酸性垢下腐蝕由于人們對(duì)其認(rèn)知度不是很高往往會(huì)忽略掉，這就很容易造成危險(xiǎn)的發(fā)生.

2 工程實(shí)例

某公司2018年4月份投入運(yùn)行2臺(tái)臥式內(nèi)燃蒸汽鍋爐，鍋爐型號(hào)為WNS15-1.25-Y(Q)，額定出力15t/h，額定壓力1.25MPa，額定溫度194℃，煙氣流程為三回程結(jié)構(gòu)，尾部加裝節(jié)能器，燃料為天然氣.排污方式為定期排污和連續(xù)排污方式.水處理方法為鈉離子交換器.除氧方法為熱力除氧.

筆者分別于2019年4月和2021年4月對(duì)該公司兩臺(tái)鍋爐進(jìn)行了內(nèi)部檢驗(yàn).其中2019年4月的內(nèi)部檢驗(yàn)過程中未發(fā)現(xiàn)任何問題，但是2021年4月份內(nèi)部檢驗(yàn)宏觀檢查發(fā)現(xiàn)爐膽回燃室二回程所有煙管管口往進(jìn)延伸1m左右繞流環(huán)均有不同程度燒損，宏觀檢查二回程煙管管口未發(fā)現(xiàn)明顯過熱現(xiàn)象.鍋筒內(nèi)部呈紅色鐵銹狀.鍋筒內(nèi)壁有明顯的“水位線”分界，在鍋筒內(nèi)部水側(cè)有明顯的腐蝕現(xiàn)象，蒸汽側(cè)未見腐蝕現(xiàn)象，在水位線以下回燃室、煙管及爐膽不同位置有塊狀垢渣附著，呈現(xiàn)為不規(guī)則隆起狀小鼓包.且小鼓包位置從鍋筒煙管前部至回燃室位置數(shù)量呈逐漸增多趨勢(shì)，回燃室位置小鼓包最多.最大一處鼓包在回燃室部位用鋼板尺測(cè)量鼓包長(zhǎng)徑為20mm左右，最深處目測(cè)可達(dá)3mm左右.敲碎小鼓包發(fā)現(xiàn)金屬壁上的附著物呈疏松的粉末狀氧化鐵產(chǎn)物.用砂紙磨掉腐蝕產(chǎn)物后鼓包區(qū)金屬壁成凹凸不平狀腐蝕坑.結(jié)合以上檢查情況可以確定兩臺(tái)鍋爐均不同程度存在典型的酸性垢下腐蝕特征.

圖1 局部腐蝕鼓包

圖2 較深腐蝕坑

運(yùn)行期間情況調(diào)查：經(jīng)查閱鍋爐運(yùn)行記錄、水質(zhì)化驗(yàn)記錄及詢問該公司內(nèi)部工作人員發(fā)現(xiàn)如下問題：1)該廠兩臺(tái)鍋爐處于間斷式運(yùn)行方式，在運(yùn)行期間常處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài).停爐時(shí)間多于運(yùn)行時(shí)間且停爐期間爐水均已放盡，未采取任何保養(yǎng)措施.2)受政府要求該單位兩臺(tái)鍋爐于2020年8月份進(jìn)行低氮改造，更換為低氮燃燒機(jī)采用煙氣外循環(huán)方式.3)由于熱力除氧器在排出的廢汽中伴有蒸汽排出且改造成低氮燃燒方式該鍋爐天然氣用量明顯增加，該公司出于節(jié)能考慮決定取消熱力除氧采用軟化水直接進(jìn)入鍋爐方式運(yùn)行.4)查閱近來水質(zhì)化驗(yàn)記錄發(fā)現(xiàn)鍋爐在運(yùn)行過程中鍋水堿度和給水及鍋水PH值偏低，軟化水硬度基本保持在合格范圍之內(nèi)，鍋水全堿度一般為2～11mmol/L，大多數(shù)時(shí)間為3～7mmol/L，軟化水PH值為4～7，鍋水PH值為6～12，大多數(shù)時(shí)間PH值為7～9.5.該公司單純認(rèn)為從水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果看硬度值正常，堿度偏低鍋爐不會(huì)發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，可以關(guān)掉連續(xù)排污同時(shí)可以減少定期排污的排污次數(shù)及排污量未按照GB1576-2018《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)要求計(jì)算排污量及排污率.

3 結(jié)果分析

1)鍋爐在停爐期間未采取停爐保養(yǎng)措施，受潮濕環(huán)境的影響鍋筒內(nèi)易形成氧腐蝕環(huán)境，因?yàn)殄仩t停止運(yùn)行以后外界空氣大量進(jìn)入鍋筒內(nèi)部雖然鍋爐已經(jīng)放水但鍋筒內(nèi)部因?yàn)槭艹倍街粚铀ぃ芙馑ぶ械难鹾苋菀赘g此處金屬材料尤其是停運(yùn)的鍋爐內(nèi)壁附著沉積物或垢渣會(huì)加快腐蝕的進(jìn)程.

2)火焰調(diào)整不當(dāng)致使回燃室二回程煙管管口部位繞流環(huán)燒損，說明該位置熱負(fù)荷大、溫度高，導(dǎo)致爐水濃縮加速當(dāng)含酸性爐水達(dá)到一定濃度時(shí)在熱應(yīng)力作用下將金屬壁上的Fe3O4保護(hù)膜破壞形成腐蝕條件.

3)鍋爐給水未使用除氧水，給水中的溶解氧與受熱面接觸最容易受到水中溶解氧的腐蝕.金屬的氧腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕,鐵和氧形成兩個(gè)電極,形成腐蝕電池,鐵在電池中不斷的失去電子，氧不斷得到電子,所以鐵是陽(yáng)極,氧是陰極，鐵不斷被消耗，不斷被腐蝕，形成溶解氧腐蝕.

4)堿度過低，金屬表面形不成保護(hù)膜，容易產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，造成腐蝕.實(shí)踐證明，將鍋水堿度控制在18～24mmol/L(可以鈍化金屬),PH值為10～12時(shí)能有效防止鍋爐腐蝕.而該爐運(yùn)行時(shí)堿度為3～7mmol/L,PH值為7～9.

5)鍋爐的排污率及排污量偏底且處于低負(fù)荷運(yùn)行致使鍋筒內(nèi)部沉積物形成.由于沉積物傳熱效果比光管傳熱效果差幾倍到幾十倍，金屬壁溫不正常的升高爐水在沉積物下急劇濃縮，沉積物下的金屬產(chǎn)生過熱現(xiàn)象而發(fā)生汽水腐蝕.

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，該鍋爐發(fā)生垢下腐蝕關(guān)鍵在于水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，使受熱面產(chǎn)生附著物沉積產(chǎn)生鐵的氧腐蝕產(chǎn)物；火焰調(diào)整不當(dāng)，使受熱面某些部位的熱負(fù)荷過高；未合理進(jìn)行水質(zhì)處理及排污；在鍋爐檢修期間要對(duì)鍋爐結(jié)垢狀況進(jìn)行判定是否需要進(jìn)行清洗，及時(shí)去除金屬表面的腐蝕產(chǎn)物；鍋爐水循環(huán)工況不良，如鍋爐在制造、儲(chǔ)存、安裝以及停爐保養(yǎng)不當(dāng)?shù)龋鶗?huì)因表面狀態(tài)不良引起受熱面的腐蝕現(xiàn)象，腐蝕后的粗糙表面在以后運(yùn)行過程中容易結(jié)垢.