蒸汽鍋爐氧腐蝕的原因及預(yù)防措施研究

張震

（江蘇大屯電力工程有限責(zé)任公司，江蘇 徐州 221000）

1 鍋爐氧腐蝕現(xiàn)狀及機(jī)理和特征

1.1 鍋爐氧腐蝕現(xiàn)狀

隨著我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)及制造業(yè)的高速發(fā)展，蒸汽鍋爐的應(yīng)用也在迅速增加，從每年的定期檢驗(yàn)情況看，由于除氧效果不佳，對(duì)鍋爐的使用不合理，或者鍋爐本身存在結(jié)構(gòu)性缺點(diǎn)，同時(shí)蒸汽鍋爐的保養(yǎng)意識(shí)淡薄，保養(yǎng)不及時(shí)等原因，蒸汽鍋爐并不能很好地控制水、氧指標(biāo)，導(dǎo)致鍋爐受力部件的氧腐蝕現(xiàn)象很嚴(yán)重；據(jù)統(tǒng)計(jì)，不同程度的氧腐蝕鍋爐臺(tái)數(shù)約占總數(shù)的10%。其中，腐蝕程度較輕的鍋爐也會(huì)產(chǎn)生部件厚度削減，造成受力不均，不同程度地減少了壽命，腐蝕程度嚴(yán)重的鍋爐則會(huì)出現(xiàn)部件完全損壞，或者難以滿足使用標(biāo)準(zhǔn)，需要修理或報(bào)廢，更嚴(yán)重者達(dá)到了臨界爆炸的狀態(tài)，造成了巨大的安全隱患。以下為部分典型例子：（1）某項(xiàng)目部運(yùn)維1 臺(tái)15T(WNS15-1.25-Y.Q)甲醇蒸汽工業(yè)鍋爐省煤器下集箱(φ159×6mm)底部，在停爐檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)有多處大約φ5mm 的潰瘍腐蝕，經(jīng)鏟除腐蝕物，發(fā)現(xiàn)剩余壁厚僅1.2mm，同時(shí)供水管路存在不同程度的氧腐蝕問題，管路潰瘍腐蝕造成供水管路泄漏，被迫停爐搶修。（2）某煤礦供暖用鍋爐SHFS20-1.25-NJ 煤泥漿流化懸浮潔凈燃燒鍋爐，剛運(yùn)行六年，因氧腐蝕問題，鍋筒內(nèi)壁、埋管內(nèi)部大面積潰瘍腐蝕，甚至深度達(dá)3.0mm，鍋內(nèi)脹接管端潰瘍腐蝕，管頭剩余厚度僅0.7m，鍋爐只能降壓運(yùn)行，無法滿足要求，有的甚至達(dá)到使用壽命的極點(diǎn)，臨近爆炸，十分的危險(xiǎn)，這不僅讓蒸汽鍋爐的使用壽命和使用效率大打折扣，而且鍋爐的不安全運(yùn)行輕則影響生產(chǎn)，造成經(jīng)濟(jì)損失，重則影響人們的生命安全。（3）某甲醇鍋爐除氧器為蒸汽加熱，理論加熱溫度達(dá)到105℃為最佳除氧效果。除氧器采用兩臺(tái)除氧泵斷續(xù)進(jìn)行蓄水自動(dòng)控制下限500mm 除氧泵啟動(dòng)，上限為800mm除氧泵停止。除氧器加熱采用蒸汽加熱使用電動(dòng)減壓閥自動(dòng)控制，除氧器內(nèi)壓力設(shè)計(jì)壓力為20kPa。使用方蒸汽使用量不穩(wěn)定導(dǎo)致鍋爐進(jìn)水量也會(huì)隨之發(fā)生波動(dòng)，進(jìn)水量過大時(shí)，則除氧器未能對(duì)鍋爐給水進(jìn)行充分加熱除氧，未完全除氧的給水使省煤器和給水管道產(chǎn)生氧腐蝕。如除氧器正在蓄水時(shí)（蓄水溫度為30℃左右，則除氧器內(nèi)整體溫度會(huì)隨之下降），此時(shí)給水泵由給水電動(dòng)閥自動(dòng)控制鍋筒水位線低于60%則自動(dòng)上水。則除氧器加熱溫度始終難以提高，插入鍋筒內(nèi)的給水管路因氧腐蝕發(fā)生潰瘍穿孔破損，鍋筒內(nèi)蒸汽通過潰瘍穿孔處反竄給水管道與進(jìn)水產(chǎn)生汽水共騰，造成供水管路產(chǎn)生強(qiáng)烈水擊現(xiàn)象，存在很大的安全隱患。

1.2 氧腐蝕機(jī)理與特性

從機(jī)理的角度來分析，鍋爐常見的腐蝕通常分為兩種，分別為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。通常來說，化學(xué)腐蝕不會(huì)伴隨電流，而電化學(xué)腐蝕顧名思義，在腐蝕產(chǎn)生時(shí)會(huì)伴有電流。就電化學(xué)腐蝕發(fā)生的部位來說，其在鍋爐的煙氣側(cè)發(fā)生的頻率較低，在鍋爐的水側(cè)發(fā)生頻率較高。而氧腐蝕則是一種典型的電化學(xué)腐蝕，其主要發(fā)生原因?yàn)椋河捎阱仩t用水雖然是一種弱電解質(zhì)，但仍然具有一定的極性，因此，在其極性的作用下，鍋爐金屬中與水接觸的部分會(huì)逐漸丟失一些鐵原子進(jìn)入水中，變?yōu)閹д姷蔫F離子，而金屬表面則留下負(fù)電荷，隨著金屬表面丟失的鐵離子越來越多，會(huì)逐漸產(chǎn)生坑洞或變薄，長(zhǎng)期以往則會(huì)造成穿孔，最終形成嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕。鍋爐水中的氧具有去極化作用，因此，會(huì)使電化學(xué)腐蝕的速度增加。經(jīng)實(shí)踐表明，電化學(xué)腐蝕的強(qiáng)度與含氧量具有線性正比關(guān)系，因此，如何降低鍋爐水中的含氧量是減少電化學(xué)腐蝕的關(guān)鍵。

2 氧腐蝕的主要因素

2.1 水中溶解氧

鍋爐的使用過程中，因鍋水中含有溶解氧，水里溶解的氧氣沒有被除掉而直接進(jìn)入鍋爐中，那么水中溶解的氧氣就會(huì)引起以電化學(xué)方式進(jìn)行的氧腐蝕現(xiàn)象。蒸汽鍋爐因?yàn)楣┢亢艽?，就需要大量的水來達(dá)到要求，一旦進(jìn)入鍋爐的水，沒有經(jīng)過除氧的過程，那么就會(huì)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，而且隨著補(bǔ)水量的加大，腐蝕問題也會(huì)隨之加重。在日常的使用中，這類的腐蝕問題是最普遍的。

2.2 鍋水的pH 值

水的pH 值是引發(fā)腐蝕問題的重要原因之一；酸堿值越低，那么產(chǎn)生腐蝕問題的概率就越大，反之，酸堿值越高，產(chǎn)生腐蝕問題的可能性就越小，而當(dāng)酸堿值在9.5 ～10 時(shí)，腐蝕現(xiàn)象就基本上不存在了，當(dāng)酸堿值接近12 的時(shí)候，腐蝕就基本停止了。

2.3 水的溫度

水的溫度是影響腐蝕強(qiáng)度的關(guān)鍵因素之一，從化學(xué)動(dòng)力學(xué)的角度來分析，如果水的溫度變高，那么鐵離子的擴(kuò)散速度也會(huì)變的越快，同時(shí)溫度還會(huì)降低鍋爐水的電阻，兩項(xiàng)因素相加，會(huì)大幅度地提升氧腐蝕速度。對(duì)低壓鍋爐來說，其汽水系統(tǒng)的加熱屬于開式系統(tǒng)，所以，當(dāng)溫度升高時(shí)，部分氧氣被除去，這樣，腐蝕速度與水的加熱溫度就必然出現(xiàn)一種先上升，到一定程度后再下降的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，溫度在65 ～70℃時(shí)，氧腐蝕速度最快。對(duì)于局部腐蝕來說，前蘇聯(lián)全蘇熱工研究所實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果表明，隨著水溫的升高，局部腐蝕的程度和速度明顯提高，當(dāng)水溫處于90 ～100℃時(shí)，局部腐蝕的速度最快。

2.4 水流速度

當(dāng)鍋爐中水的流速過大時(shí)，會(huì)對(duì)接觸面的進(jìn)度造成物理沖擊，造成沖擊腐蝕，同時(shí)還會(huì)加劇鐵離子的流失速度，使氧腐蝕的速度增加，因此水的流速也是影響氧腐蝕速度的因素之一。

2.5 環(huán)境因素

受客觀條件的影響，鍋爐的使用環(huán)境通常較為惡劣，由于鍋爐外部環(huán)境中不可避免的帶有大量灰塵等物質(zhì)，使鍋爐的表面長(zhǎng)期受到?jīng)_擊或磨損，進(jìn)而會(huì)造成表面材質(zhì)的厚度不一致，同時(shí)鍋爐在使用時(shí)，由于其內(nèi)部壓力和熱脹冷縮的作用，導(dǎo)致不同的部件會(huì)長(zhǎng)期受到一定的附加力，長(zhǎng)期的使用會(huì)造成這些部件的形變，并且這種附加力會(huì)隨著符合和燃燒的變化而變化，久而久之，會(huì)使得不少受壓器件產(chǎn)生疲勞磨損；當(dāng)受熱面缺水、結(jié)水柜或者水循環(huán)破壞時(shí)，會(huì)使依靠其內(nèi)部循環(huán)流動(dòng)的水汽來冷卻的受熱面?zhèn)鳠岚l(fā)生惡化，造成高溫區(qū)受熱面變形、鼓包、裂紋。

3 防止氧腐蝕對(duì)策

3.1 減少水中的溶解氧

為了保證鍋爐的使用壽命，減少腐蝕發(fā)生的可能性，在使用的過程中，除去水中的溶解氧是必要的，通常使用除氧水，用除氧水來出去溶解在水中的氧氣。在溫度的作用下，水溫的升高使得水蒸氣的壓力加大，溶解的氧氣的壓力就減小了，氧氣就會(huì)排出，如果水溫加熱到104℃時(shí)，水中的氧氣就基本上被清除干凈了。去除了氧氣的水進(jìn)入蒸汽鍋爐中，就不會(huì)對(duì)鍋爐的零部件產(chǎn)生腐蝕，有效地解決了水中的溶解氧對(duì)鍋爐零部件的腐蝕。此外，還可以使用電化學(xué)除氧：外電源負(fù)極連接電解槽陰極，正極連接電解槽陽極，水通過電解槽時(shí)，溶解于水中的氧氣減少并在電解槽陰極上消除。電化學(xué)除氧器具有以下特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、使用方便、操作成本低，但除氧效率相對(duì)較低。在正常操作過程中，氧氣含量只能降低到0.1 毫克/升，因此只適用于低壓鍋爐的供氧。

3.2 監(jiān)控鍋爐內(nèi)部酸堿值

如果蒸汽鍋爐周圍的環(huán)境，氣候很濕潤(rùn)，溫度又相對(duì)較高的話，氧氣會(huì)很快地腐蝕蒸汽鍋爐零部件，如果遭遇酸性物質(zhì)，就會(huì)加速腐蝕，所以監(jiān)控蒸汽鍋爐內(nèi)部的酸堿值是十分有必要的，及時(shí)控制蒸汽鍋爐內(nèi)部的酸堿值能夠及時(shí)地控制鍋爐的腐蝕問題，在實(shí)際的生產(chǎn)和生活中是不可缺少的。

3.3 控制水流速度

控制蒸汽鍋爐中的水流速度也是十分重要的。在實(shí)※際的使用中，鍋爐內(nèi)部的水流循環(huán)要保持一定的流速，不能過快或者過慢，要將分解出的氧氣及時(shí)地通過水流帶走，防止氧氣腐蝕蒸汽鍋爐。

3.4 蒸汽鍋爐日常維修與保養(yǎng)

及時(shí)地進(jìn)行保養(yǎng)是防止鍋爐腐蝕最有效的方法，所以要采取短期保濕，長(zhǎng)期保干相結(jié)合的保養(yǎng)方法。具體來說，養(yǎng)護(hù)方法如下：蒸汽鍋爐的用水要經(jīng)過處理，達(dá)到水質(zhì)要求才能進(jìn)入鍋爐，這樣做能夠有效地延長(zhǎng)鍋爐使用的壽命，保證鍋爐的正常運(yùn)行；要定期地檢查水位，切斷裝置也要及時(shí)地檢查和保養(yǎng)，水位控制的儀器每個(gè)月都要進(jìn)行清洗，水位表每天都要清洗；蒸汽鍋爐內(nèi)的水要定期將污水排除，在鍋爐的運(yùn)行過程中，每天都要進(jìn)行污水排除工作，同時(shí)檢查是否有鍋爐泄漏的問題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)處理；如果蒸汽鍋爐停止使用，蒸汽壓力消失時(shí)，再次使用要先打開總氣閥調(diào)節(jié)壓力，而不能直接進(jìn)行再次使用；蒸汽鍋爐的煙管如果堆積灰塵就會(huì)使鍋爐內(nèi)溫度上升，降低使用效率，增加燃料的消耗，因此，在蒸汽鍋爐的使用過程中，除灰也是要經(jīng)常進(jìn)行的；蒸汽鍋爐都配有安全閥，但是需要人工開啟和關(guān)閉，為了蒸汽鍋爐使用的安全，每個(gè)月都要開啟安全閥進(jìn)行檢查試驗(yàn)，保證壓力正確，排放通道通暢；蒸汽鍋爐內(nèi)的用水溫度最好接近鍋爐本身的溫度，20℃以上為宜。

3.5 其他防腐蝕措施

在蒸汽鍋爐的實(shí)際使用中，要做到以下幾個(gè)方面：（1）要充分發(fā)揮除氧器的作用，最大化地減少水中的氧氣。（2）保證系統(tǒng)無泄漏，這樣能夠減少用水量，將補(bǔ)水的速度控制在系統(tǒng)循環(huán)水量的0.5%以內(nèi)是最合適的。（3）在蒸汽鍋爐內(nèi)部的循環(huán)系統(tǒng)中放置有效的排氣裝置。（4）定時(shí)定點(diǎn)地進(jìn)行排污工作，保證進(jìn)入蒸汽鍋爐的水質(zhì)達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。如需保養(yǎng)，要停爐進(jìn)行保修鍋爐的使用過程中，如果出現(xiàn)停爐、腐蝕性的問題，就應(yīng)該及時(shí)地停爐保養(yǎng)。

4 結(jié)語

蒸汽鍋爐能否正常地使用和運(yùn)行，關(guān)系到鍋爐使用中的安全性和經(jīng)濟(jì)性，全面地掌握蒸汽鍋爐的使用方法和保養(yǎng)程序，不僅能保證蒸汽鍋爐作用的最大程度的發(fā)揮，同時(shí)還能保證鍋爐使用中的安全，延長(zhǎng)鍋爐的使用壽命。這就要求在蒸汽鍋爐的人員的選拔方面要嚴(yán)格把關(guān)，必須有相關(guān)部門頒發(fā)的操作證，同時(shí)制定符合規(guī)范的鍋爐操作流程，保證生產(chǎn)和生活的安全，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高。蒸汽鍋爐能否正常地使用和運(yùn)行，關(guān)系到鍋爐使用中的安全性和經(jīng)濟(jì)性，全面地掌握蒸汽鍋爐的使用方法和保養(yǎng)程序，不僅能保證蒸汽鍋爐作用的最大程度的發(fā)揮，同時(shí)還能保證鍋爐使用中的安全，延長(zhǎng)鍋爐的使用壽命。這就要求在蒸汽鍋爐的人員的選拔方面要嚴(yán)格把關(guān)，必須有相關(guān)部門頒發(fā)的操作證，同時(shí)制定符合規(guī)范的鍋爐操作流程，保證生產(chǎn)和生活的安全，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高。