燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組余熱鍋爐腐蝕泄漏的緩解與預(yù)防措施

魏海軍

（四川川潤(rùn)動(dòng)力設(shè)備有限公司，四川自貢 643100）

0 引言

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組因其具有高效低耗、建設(shè)周期短、對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)勢(shì)而被廣泛推廣和使用。但是在燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組余熱鍋爐的運(yùn)行和使用中，會(huì)因?yàn)楦鞣N原因出現(xiàn)腐蝕泄漏問(wèn)題，導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)，不僅會(huì)使供電質(zhì)量下降，還會(huì)給發(fā)電企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。基于此，為保證燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組余熱鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行，分析余熱鍋爐腐蝕泄漏的主要原因，并提出緩解與預(yù)防措施。

1 低壓系統(tǒng)FAC 腐蝕減薄導(dǎo)致泄漏

FAC（Flow Accelerated Corrosion，流動(dòng)加速腐蝕）現(xiàn)象主要發(fā)生在運(yùn)行溫度為120～180 ℃的區(qū)域，該溫度區(qū)域Fe3O4的溶解度最大，在介質(zhì)水流的不斷沖擊沖刷下，該區(qū)域形成的Fe3O4保護(hù)膜極易溶解和脫落，并在水流的作用下，F(xiàn)e2+等被溶解物質(zhì)的濃度降低，并且當(dāng)水流的流速達(dá)到一定程度時(shí)，已經(jīng)處于疏松狀態(tài)的Fe3O4保護(hù)膜會(huì)隨時(shí)被沖蝕，導(dǎo)致低壓系統(tǒng)設(shè)備中需要被保護(hù)的金屬直接暴露于水中，打破了原有氧化生成Fe3O4保護(hù)膜反應(yīng)的平衡，反應(yīng)的平衡被打破，進(jìn)而向著金屬水解方向迅速進(jìn)行[1]。對(duì)于燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組余熱鍋爐，其低壓系統(tǒng)的運(yùn)行溫度處于120～180 ℃，因此在省煤器、蒸發(fā)器上部的出口彎頭處、汽包內(nèi)被水流長(zhǎng)時(shí)間沖擊處等區(qū)域極易發(fā)生FAC，導(dǎo)致金屬失去保護(hù)膜而暴露出來(lái)，進(jìn)而造成金屬材料不斷變薄直至發(fā)生泄漏。

由FAC 現(xiàn)象引起的腐蝕減薄泄漏的案例較多，例如某廠低壓省煤器出口管出現(xiàn)減薄泄漏問(wèn)題，導(dǎo)致停工維修，泄漏的主要部位是省煤器中水流轉(zhuǎn)向處，因水流的轉(zhuǎn)向沖擊導(dǎo)致FAC；又例如某廠出現(xiàn)低壓汽包設(shè)備中的導(dǎo)水隔板變薄，進(jìn)而出現(xiàn)斷裂，最后引發(fā)鍋爐泄漏問(wèn)題，也是由于FAC 導(dǎo)致導(dǎo)水隔板的強(qiáng)度下降，進(jìn)而影響了蒸汽的質(zhì)量。

1.1 原因分析

FAC 的發(fā)生存在兩個(gè)過(guò)程，一是腐蝕過(guò)程，本質(zhì)為化學(xué)反應(yīng)過(guò)程；二是流動(dòng)加速腐蝕的過(guò)程，本質(zhì)為物理過(guò)程。其中，化學(xué)過(guò)程為腐蝕發(fā)生的主要因素，但是由于物理過(guò)程的存在，導(dǎo)致腐蝕的發(fā)生機(jī)制產(chǎn)生了一定變化。經(jīng)研究得出，影響FAC 發(fā)生的主要因素包括溫度、pH 值、含氧量、材料的耐蝕性以及流速。

1.1.1 溫度

FAC 產(chǎn)生的原因是Fe3O4受到溫度條件的影響，導(dǎo)致溶解度變化引起的，加上工質(zhì)水流的沖刷，致使金屬材料不斷被侵蝕變薄，最后被工質(zhì)穿透，導(dǎo)致泄漏。因此，當(dāng)工質(zhì)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，在排除了工質(zhì)水沖刷的影響和條件下，腐蝕發(fā)生的速率與Fe3O4在工質(zhì)中的溶解度存在一定的關(guān)系，且溶解度與工質(zhì)溫度有關(guān)（表1）。當(dāng)工質(zhì)溫度處于較低水平時(shí)，F(xiàn)e3O4的溶解度相對(duì)較小，此時(shí)腐蝕發(fā)生的速率較低，當(dāng)工質(zhì)溫度升高時(shí)，F(xiàn)e3O4的溶解度不斷上升，此時(shí)腐蝕速率不斷增加，當(dāng)溫度達(dá)到150 ℃時(shí)，F(xiàn)e3O4的溶解度最大，腐蝕速率也最高，當(dāng)溫度超過(guò)150 ℃時(shí)，F(xiàn)e3O4的溶解度下降，但是由于工質(zhì)的氧化能量提升，逐漸地將Fe2+氧化，將Fe2+轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2O3，由于Fe2O3質(zhì)地緊密、難溶于水的特性，抑制了腐蝕現(xiàn)象，此時(shí)腐蝕速率隨著溫度的不斷升高而逐漸回落。

表1 腐蝕速率隨工質(zhì)溫度變化情況

1.1.2 pH 值

腐蝕速率與pH 值的高低有著直接關(guān)系（表2）。隨著pH 值的不斷升高，金屬的相對(duì)腐蝕速率在不斷下降，但是并不是pH值越高越好，當(dāng)pH 過(guò)高時(shí)，此時(shí)處于強(qiáng)堿性環(huán)境，若設(shè)備管道存在水垢的情況下，極易發(fā)生垢下堿濃縮現(xiàn)象進(jìn)而導(dǎo)致腐蝕。

表2 腐蝕速率隨pH 值變化情況

1.1.3 含氧量

FAC 是一種發(fā)生在ORP（oxidation-reduction potential，氧化還原電位）低于0 的、還原性環(huán)境下的腐蝕現(xiàn)象。而工質(zhì)水的含氧量越低則ORP 越低，從而導(dǎo)致工質(zhì)水減弱了將Fe2+氧化成膜的能力，并降低了使氧化膜處于活性狀態(tài)的能力，氧化膜的減少和活性減弱會(huì)使相對(duì)腐蝕速率變大（表3）。

表3 相對(duì)腐蝕速率隨含氧量變化情況

1.1.4 材料的耐蝕性

鍋爐材料的等級(jí)與金屬材料中稀有金屬如Mo、Cr 的含量有關(guān)，其含量越高，材料的等級(jí)越高，進(jìn)而降低FAC 的能力越強(qiáng)，F(xiàn)AC 的腐蝕速率越低（表4），但是材料的耐蝕性無(wú)法徹底消除FAC 的影響，僅能降低材料更換的頻率，提高管道的使用年限。

表4 相對(duì)腐蝕速率隨合金含量變化情況

1.1.5 工質(zhì)流速

工質(zhì)的流速對(duì)于FAC 的影響程度最高，當(dāng)工質(zhì)的流速越高，鈍化保護(hù)膜生成的環(huán)境越惡劣，金屬材料表面形成鈍化保護(hù)膜的難度也就越高，在失去保護(hù)膜的情況下，金屬表面晶粒更易被工質(zhì)沖刷，尤其在工質(zhì)流向轉(zhuǎn)變處，此處的沖刷力度最大，F(xiàn)AC 現(xiàn)象也就最明顯（表5）。

表5 相對(duì)腐蝕速率隨工質(zhì)流速變化情況

1.2 緩解與預(yù)防措施

（1）提高給水的pH 值。緩解與預(yù)防FAC 最直接、最簡(jiǎn)單的方式就是通過(guò)添加堿性物質(zhì)（例如氨、NaOH）提高給水的pH值。但是NaOH 屬于強(qiáng)堿，用量控制不當(dāng)易形成垢下堿濃縮，造成二次傷害，因此加氨是最適宜的方式，給水pH 值建議控制范圍為9.6±0.2。此時(shí)Fe-H2O 體系的ORP 與pH 值處于平衡狀態(tài)，更利于鈍化膜的產(chǎn)生。

（2）提高給水的含氧量。采用給水加氧工藝，可推進(jìn)Fe2+氧化成Fe3+的反應(yīng)進(jìn)程，并且在氧的去極化作用下，金屬材料的表面形成Fe3O4、Fe2O3雙層的氧化膜，這種由不同結(jié)構(gòu)形成的雙層氧化膜，比單層氧化膜更加致密與完整，因此保護(hù)能力更強(qiáng)。此時(shí)Fe-H2O 體系的ORP 在50～300 mV，處于完全鈍化，灰黑色疏松狀態(tài)的氧化膜在給水加氧的方式下，會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色致密狀態(tài)進(jìn)而增加相應(yīng)的保護(hù)能力。

（3）材料選擇與機(jī)組設(shè)計(jì)。可在機(jī)組的設(shè)計(jì)階段，盡量對(duì)流速、管道布置進(jìn)行控制，避免發(fā)生強(qiáng)烈湍流情況，若難以避免，則需要通過(guò)材料的選擇進(jìn)行解決，選擇對(duì)于FAC 抗性較好的材料。在低壓系統(tǒng)受熱面水流彎頭部位，在發(fā)生FAC 腐蝕的重災(zāi)區(qū)，可采用替換管道材料的方式，利用Cr 含量在0.5%以上的低合金鋼進(jìn)行替換，可對(duì)FAC 腐蝕起到緩解與預(yù)防作用。

2 蒸汽質(zhì)量不良造成蒸汽側(cè)腐蝕泄漏

2.1 原因分析

由于蒸汽質(zhì)量不良造成蒸汽側(cè)腐蝕泄漏的現(xiàn)象也比較常見[2]。例如，某廠的3#鍋爐由于蒸汽的質(zhì)量不良，高壓過(guò)熱器進(jìn)口段發(fā)生腐蝕泄漏，經(jīng)檢修發(fā)現(xiàn)高過(guò)受熱面存在多處泄漏，主要漏點(diǎn)在距離高過(guò)冷段翅片上邊界0.8 m 處。經(jīng)泄漏原因探查發(fā)現(xiàn)，由于該廠的高壓包內(nèi)旋風(fēng)分離器設(shè)備發(fā)生傾斜，導(dǎo)致蒸汽攜帶水，再加上高壓飽和蒸汽取樣管為單側(cè)取樣方式，未能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)異常，導(dǎo)致在高壓一級(jí)過(guò)熱器入口處，不合格的蒸汽以及攜帶的水被加熱、烘干，導(dǎo)致向火側(cè)沉積大量的鹽類雜質(zhì)形成鹽垢，并且由于溫度過(guò)高，在鹽垢下引發(fā)鹽類雜質(zhì)濃縮，進(jìn)而出現(xiàn)垢下腐蝕，最終導(dǎo)致管道變薄而泄漏。

又如某廠1#爐啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)鍋爐汽水損失率上升的異常情況，為探明汽水損失率異常上升的原因進(jìn)行了隱患排查，發(fā)現(xiàn)直接原因是1#高壓過(guò)熱器后的煙氣溫度比正常情況偏低，經(jīng)進(jìn)一步分析，懷疑導(dǎo)致煙溫偏低的原因是可能是1#高壓過(guò)熱器發(fā)生了泄漏。通過(guò)停爐查漏，發(fā)現(xiàn)1#高壓過(guò)熱器的鰭片管在進(jìn)口段存在多處泄漏。經(jīng)泄漏原因探查，主要是由于給水質(zhì)量差導(dǎo)致蒸汽質(zhì)量不良，并且高壓包內(nèi)除霧洗汽鐵絲網(wǎng)變形、脫落，且僅有一個(gè)蒸汽引出管，導(dǎo)致大量蒸汽從管口下方的兩個(gè)除霧裝置位置流入，使這兩個(gè)除霧裝置的流速、流量超限，發(fā)生振動(dòng)進(jìn)而使除霧裝置產(chǎn)生位移、形變，導(dǎo)致蒸汽帶水。由于蒸汽雜質(zhì)溶解和機(jī)械攜帶的作用，蒸汽質(zhì)量不良引發(fā)管道腐蝕、局部過(guò)熱結(jié)垢，發(fā)生垢下腐蝕。

2.2 緩解和預(yù)防措施

（1）重視對(duì)高壓汽包內(nèi)旋風(fēng)分離器狀態(tài)的檢查。應(yīng)重點(diǎn)檢查旋風(fēng)分離器的固定情況，檢查用于固定的螺絲是否松動(dòng)、墊片是否損壞缺失、百葉窗是否牢靠、設(shè)備是否存在傾倒等，若出現(xiàn)松動(dòng)、脫落、丟失等情況應(yīng)及時(shí)分析去向，尋找殘余部件，并及時(shí)加固與更換。

（2）重視對(duì)高壓汽包頂部汽水分離鋼絲網(wǎng)（板）狀態(tài)的檢查。檢查鋼絲網(wǎng)是否位移，是否出現(xiàn)形變以及脫落等情況，若出現(xiàn)此類情況，則需要對(duì)鋼絲網(wǎng)（板）的框體固定處進(jìn)行加固處理，增添固定措施，減少相鄰固定處之間的間隔。

（3）落實(shí)與加強(qiáng)對(duì)高壓汽包腐蝕情況的檢查工作。可采用割管檢查或者利用內(nèi)窺鏡檢查的方式，割管檢查切除處應(yīng)設(shè)置在一級(jí)高壓蒸汽側(cè)的換熱管進(jìn)口1～3 m 處；內(nèi)窺鏡插入位置應(yīng)設(shè)置在進(jìn)口集箱出口連接短管（需割除）處。重點(diǎn)檢查設(shè)備內(nèi)部的腐蝕、結(jié)垢情況，當(dāng)問(wèn)題較為嚴(yán)重時(shí)需要對(duì)管道甚至設(shè)備進(jìn)行更換。

（4）落實(shí)對(duì)高壓汽包水位的觀察工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常波動(dòng)，并且判斷蒸汽的品質(zhì)是否存在惡化問(wèn)題，還需要加強(qiáng)對(duì)高壓飽和蒸汽鹽濃度變化情況的關(guān)注，出現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)排查處理。此外，優(yōu)化高壓飽和蒸汽取樣管取樣方式，將單側(cè)（左/右）取樣優(yōu)化為兩側(cè)（左+右）取樣。

3 水系統(tǒng)循環(huán)不良造成局部腐蝕泄漏

3.1 原因分析

由于水系統(tǒng)循環(huán)不良進(jìn)而對(duì)高壓蒸發(fā)器產(chǎn)生不良影響，也是產(chǎn)生余熱鍋爐腐蝕泄漏的主要原因之一[3]。例如，某廠高壓蒸發(fā)器發(fā)生的垢下腐蝕減薄泄漏案例，經(jīng)排查，泄漏位置為迎煙側(cè)首排、緊鄰中心線右側(cè)、集箱下方向3.6 m 標(biāo)高處的管道。經(jīng)泄漏原因探查發(fā)現(xiàn)，直接原因是旋風(fēng)分離器固定處的螺絲松動(dòng)，墊片在工質(zhì)沖刷下發(fā)生破碎并脫落，脫落后的墊片流入并卡在管道內(nèi)部，進(jìn)而引起卡住處變形、變漲，正是由于管道內(nèi)部墊片的堵塞，使管道可流動(dòng)工質(zhì)的截面變小，導(dǎo)致工質(zhì)的流動(dòng)速度降低，在沖洗聯(lián)箱及爐前殘留的鐵屑等，因工質(zhì)流動(dòng)變慢未被沖走而遺留在管道中，在管道中不斷沉積受熱而結(jié)垢，并因膜態(tài)沸騰濃縮反應(yīng)在垢下形成了閉塞電池，閉塞電池的作用使管道減薄，最終發(fā)生泄漏?？偨Y(jié)泄漏的根本原因是，水系統(tǒng)循環(huán)不良，未能及時(shí)帶走異物。

3.2 緩解與預(yù)防措施

（1）與避免高壓蒸汽側(cè)出現(xiàn)腐蝕泄漏對(duì)策與措施相同，應(yīng)重點(diǎn)檢查旋風(fēng)分離器的固定情況，檢查用于固定的螺絲是否松動(dòng)，墊片是否損壞缺失，百葉窗是否牢靠，設(shè)備是否存在傾倒等，若出現(xiàn)松動(dòng)、脫落、丟失等情況應(yīng)及時(shí)分析去向，尋找殘余部件，并及時(shí)進(jìn)行加固與更換。

（2）切實(shí)保障高壓汽包的日常連續(xù)排污工作的效果，在排污過(guò)程中要確保所有的連排門處于全開狀態(tài)，進(jìn)而保證排污的徹底，以保證蒸汽品質(zhì)合格，保證水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行的高效性與穩(wěn)定性。落實(shí)對(duì)鍋爐啟動(dòng)階段的水沖洗工作，降低因結(jié)垢引發(fā)的垢下腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)由于低壓系統(tǒng)FAC 腐蝕、蒸汽質(zhì)量不良和水系統(tǒng)循環(huán)不良造成的余熱鍋爐腐蝕泄漏問(wèn)題，可通過(guò)加強(qiáng)與落實(shí)鍋爐及有關(guān)設(shè)備的檢查工作、對(duì)水質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量控制、對(duì)水汽進(jìn)行監(jiān)督和把控等措施進(jìn)行緩解和預(yù)防。此外，造成泄漏的原因還有很多，如酸洗作業(yè)不當(dāng)、設(shè)備焊口存在缺陷等，相關(guān)設(shè)計(jì)和管理人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取針對(duì)性措施和對(duì)策，保證燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組余熱鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。