爐管腐蝕的起因與對策

1、1爐管腐蝕的起因與對策爐管腐蝕的起因與對策摘要對鍋爐爐管在運行中常見腐蝕形式的起因及預(yù)防措施進行了論述。內(nèi)容涉及發(fā)生在爐管內(nèi)的汽水腐蝕、堿腐蝕、酸腐蝕、氣體腐蝕及氫脆等，以及發(fā)生在爐管外的灰致腐蝕、還原性氣氛腐蝕、露點腐蝕和應(yīng)力腐蝕等。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞爐管腐蝕預(yù)防措施腐蝕起因1引言引言爐管是鍋爐的主要傳熱元件，與操作介質(zhì)(煙氣、水、蒸汽)直接接觸。在鍋爐運行時爐管會因腐蝕使壁厚減薄，材料性能劣化，以致發(fā)生鼓脹變形或爆管。爐管腐蝕是一個化學(xué)或

2、電化學(xué)過程，爐管腐蝕可分為管內(nèi)腐蝕(為方便敘述，這里特指水管鍋爐，對于火管鍋爐，應(yīng)理解為“水”側(cè))和管外腐蝕(對火管鍋爐應(yīng)理解為“火”側(cè)腐蝕)兩大類。管內(nèi)腐蝕又可分為汽水腐蝕、堿腐蝕、酸腐蝕、氣體腐蝕和氫脆等；管外腐蝕有灰致腐蝕、還原性氣氛腐蝕、露點腐蝕、應(yīng)力腐蝕等之分。2管內(nèi)腐蝕管內(nèi)腐蝕2.1汽水腐蝕汽水腐蝕是由于金屬鐵被水蒸汽氧化而發(fā)生的一種化學(xué)腐蝕。汽水腐蝕是過熱器管的主要腐蝕形式，在蒸發(fā)管中當(dāng)發(fā)生汽水分層或循環(huán)停滯時也會發(fā)生，其

3、特征是均勻腐蝕。過熱蒸汽在450℃時，可直接與鐵發(fā)生下列反應(yīng)：3Fe＋4H2O→Fe3O4＋4H2↑當(dāng)溫度為570℃以上時，其反應(yīng)生成物為Fe2O3：Fe＋H2O→FeO＋H2↑2FeO＋H2O→Fe2O3＋H2↑防止汽水腐蝕的方法有：消除傾斜角度較小的蒸發(fā)段，確保水循環(huán)正常，對于過熱溫度較高的過熱器，應(yīng)采用耐熱、耐腐蝕性能較好的合金鋼管等。2.2堿腐蝕堿腐蝕是通過強堿的化學(xué)作用，使管內(nèi)壁面的Fe3O4保護膜遭到破壞，而后使金屬基體遭到

4、進一步氧化的一種化學(xué)腐蝕。例如對于苛性堿(NaOH)，它通過如下反應(yīng)：4NaOH＋Fe3O4→2NaFeO2＋Na2FeO2＋2H2O使Fe3O4保護膜遭到破壞，露出的鐵直接與NaOH發(fā)生如下反應(yīng)，使金屬表面不斷腐蝕：Fe＋2NaOH→Na2FeO2＋H2↑爐水的酸堿性應(yīng)由添加HCl和NaOH來調(diào)節(jié)的，當(dāng)pH值保持在10～11時，鐵的腐蝕速率變得很小。如果pH值保持在13以上，就會發(fā)生較嚴(yán)重的堿腐蝕。堿腐蝕與水處理方法關(guān)系很大，氫氧化鈉

5、處理法是添加NaOH將pH值保持在10～11左右，并用磷酸三鈉來除去硬度的方法。該方法的缺點是固體物質(zhì)較多，它們附著于管內(nèi)表面造成堿濃縮，產(chǎn)生堿腐蝕的危險很大。調(diào)整磷酸處理法是添加磷酸三鈉將pH值保持在10～10.5之間的方法。為了防止形成游離堿，應(yīng)將Na2＋與PO43－的比例保持在3以下，但由于磷酸三鈉的溶解度隨溫度變化，在110℃以上時，隨著溫度的升高，溶解度降低，倘若添加過量的磷酸鈉，則會在管壁的過熱區(qū)析出磷酸鹽。鑒此，只添加少量

6、的磷酸鈉，例如使PO43－離子濃度保持在0.5～6ppm左右，pH值保持在9～10.5的范圍，這樣就能避免出現(xiàn)鹽析現(xiàn)象。不過，如果是高壓鍋爐，即使如此微量的固體物質(zhì)，也會在爐壁上析出，仍可造成為堿腐蝕。堿腐蝕一般發(fā)生在水冷壁管的高溫區(qū)，或者由于結(jié)垢和局部阻礙物造成的局部過熱區(qū)。由于爐管局部過熱，導(dǎo)致NaOH在該處濃縮。例如當(dāng)過熱度(＝管壁溫度－飽和溫度)為10℃時，根據(jù)鍋爐壓力的大小，NaOH可濃縮為5%～20%。因此，即使把爐水中的N

7、aOH濃度控制在100mg／L以下，在管內(nèi)無垢的情況下，NaOH也可濃縮到萬分之幾，在管內(nèi)有垢時，則可濃縮到百分之幾3蝕、堿腐蝕及酸腐蝕等。3管外腐蝕管外腐蝕3.1灰致腐蝕灰致腐蝕是在高溫條件下，爐灰中形成的一些低熔點化合物，凝結(jié)在爐管表面而形成熔融層，破壞了原有的氧化層保護膜，從而加速了爐管材料的氧化過程。灰致腐蝕是過熱器和再熱器等高溫爐管常見的腐蝕形式。對于燃油鍋爐，重油中所含的釩附著在過熱器或再熱器等高溫爐管上，形成低熔點化合物而

8、腐蝕鋼(稱為釩腐蝕)。其氧化機理如下：2Fe＋2V2O5→Fe2O3＋3V2O4Fe2O3＋V2O5→2FeVO46V2O4＋3O2→6V2O5金屬表面附著的熔融狀態(tài)的釩化合物，將外界提供給的氧向金屬表面輸送，使金屬不斷氧化，生成的氧化物不斷被破壞，形成多孔物質(zhì)而促進氧的供給。當(dāng)煙氣中含有Na2SO4時，不單是氧化，還會發(fā)生由Na2SO4引起的高溫腐蝕(稱之為硫化腐蝕)。對于燃煤鍋爐和以城市垃圾為燃料的鍋爐，煙灰中的硫酸鉀同樣起到促進氧

9、化的目的。此外，對于以城市垃圾為燃料的鍋爐，煙氣中含有濃度較高的氯，這將會導(dǎo)致爐管的應(yīng)力腐蝕。防止灰致腐蝕，應(yīng)從控制爐管溫度，提高凝結(jié)物熔點、控制煙氣中氧含量、爐管表面處理和選材等方面考慮?？紤]到煙灰凝結(jié)在金屬表面，生成低熔點化合物而加速氧化，因此設(shè)計時必須適當(dāng)保持管壁溫度，運行時應(yīng)必須防止?fàn)t管超溫。加入高熔點化合物，可使金屬表面凝結(jié)物的熔點上升，例如，燃油中的MgO，會與V2O5形成一種高熔點的絡(luò)合物(3MgOV2O5)。添加白云石、

10、二氧化硅、石灰石、鎂化合物等，對提高凝結(jié)物的熔點都有效。此外，降低過剩空氣比例，可以遏止V2O5的形成。對爐管進行擴散滲透處理，例如，滲硅或滲鋁等，可以提高其抗灰致腐蝕的能力。3.2還原性氣氛腐蝕水冷壁爐管易受到還原性氣氛腐蝕。在還原性氣氛中會形成高溫硫酸化合物(如Na2S2O7和K2S2O7)，這些在高溫下氣化后的硫酸化合物遇到水冷壁爐管后在其表面液化，從而將爐管表面的氧化層保護膜溶解，使?fàn)t管遭到不斷的氧化腐蝕。還原性氣氛腐蝕常見于水

11、冷壁爐管的頂部區(qū)域。煙灰中碳含量增高，說明燃燒不完全，存在還原性氣氛。對于還原性氣氛腐蝕，應(yīng)在鍋爐燃燒設(shè)計時予以重視，另外爐管的選材和表面處理，也是減輕和防止還原性氣氛腐蝕的一個途徑。3.3露點腐蝕燃油鍋爐的重油中通常含有2%～3%的硫，由于燃燒而生成二氧化硫氣體，這樣，在煙氣中就會有約0.2%的SO2，其中1%～2%SO2受灰分和金屬氧化物等的催化作用而生成三氧化硫(SO3)，它再與燃燒氣體中所含的水分(約5%～10%)結(jié)合生成硫酸，

12、在處于露點以下的金屬表面凝結(jié)并腐蝕金屬(即所謂硫酸露點腐蝕)，其反應(yīng)如下：S＋O2→SO22SO2＋O2→2SO3SO3＋H2O→H2SO4一般認(rèn)為，硫酸露點腐蝕有三個階段：第一階段相應(yīng)于鍋爐剛開始運行不久的狀況，金屬表面處于低溫和低濃度充酸的腐蝕環(huán)境中，此時鋼處于活性溶解狀態(tài)，腐蝕速度很大，但從時間上看卻又很短暫，考慮到鍋爐的長期運行，這個階段對總腐蝕量的影響不大；在第二階段，金屬表面溫度已達到平衡，屬于高溫、高濃度硫酸腐蝕范圍；第三