电厂锅炉受热面腐蚀原因及防治措施分析研究

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　　摘要 本文主要分析研究了锅炉受热面发生各种管内和管外腐蚀的机理,并给出了相应的预防措施。锅炉受热面是锅炉的传热元件,会因与烟气、水、蒸汽等工作介质直接接触而发生腐蚀,使材料性能劣化,最终发生鼓胀变形或爆管事故,严重影响锅炉及机组的安全稳定运行。本文是个人的一些见解，可供同行参考借鉴。
　　 关键词：锅炉； 受热面； 腐蚀； 爆管；
　　 前言
　　  发电厂是一个技术密集型的工业企业，只有各专业，各部门密切配合，才能达到整体安全稳定的目的。  锅炉受热面腐蚀减薄损坏，因涉及范围较大，一旦暴露，常导致重复爆漏停炉，而且修复工作量大，因此预防及保护设备不受腐蚀是提高机组可用率必须解决的基本任务之一。锅炉受热面腐蚀是一个化学或电化学过程，可分为管内腐蚀和管外腐蚀2大类。管内腐蚀包括汽水腐蚀、碱腐蚀、酸腐蚀、气体腐蚀和氢脆等;管外腐蚀包括灰致腐蚀、还原性气氛腐蚀、硫酸露点腐蚀、应力腐蚀等。一下就对此作出了论述，可供同行参考。
　　 一、管内腐蚀分析研究
　　 1、汽水腐蚀。汽水腐蚀是由于金属铁被水蒸汽氧化而发生的一种化学腐蚀。它是过热器管的主要腐蚀形式，当蒸发管中发生汽水分层或循环停滞时也会发生，其特征是均匀腐蚀。防止汽水腐蚀，要消除倾斜角度较小的蒸发段，确保水循环正常;对于工作温度较高的过热器，应采用耐热、耐腐蚀性能较好的合金钢管等材料。
　　 2、碱腐蚀。碱腐蚀是通过强碱的化学作用，使管内壁面的Fe3O4保护膜遭到破坏，而后使金属基体遭到进一步氧化的一种化学腐蚀，使金属表面不断腐蚀。碱腐蚀一般发生在水冷壁管的高温区，或者由于结垢和局部阻碍物造成的局部过热区。这是因为锅炉受热面局部过热会导致NaOH在该处浓缩，从而引起碱腐蚀。防止碱腐蚀，一方面锅炉要及时排污，防止锅炉受热面局部过热;另一方面可通过在炉水中加人适量的磷酸盐，降低NaOH的浓度;同时，还要注意防止炉水受到碱性再生剂的污染。
　　 3、酸腐蚀。酸腐蚀一般发生在疏松的垢层下热流密度较大的区域和汽膜形成的区域。酸腐蚀的特征是被腐蚀的锅炉受热面表面出现与碱腐蚀类似的麻点和凹坑，但由于腐蚀生成的产物(Fe2O3)不溶于酸性介质，故在酸腐蚀的锅炉受热面表面还会出现红色的氧化层。防止或减轻酸腐蚀，一方面要防止汽膜形成和表面结垢;另一方面还要防止炉水污染，及时消除酸性残液。
　　 4、气体腐蚀。锅炉给水中如果含有较多的O2和CO2气体，就会使锅炉受热面发生电化学腐蚀。电化学腐蚀是由于在金属表面形成若干微电池的结果。在微电池的阳极，Fe失去电子，以Fe2+的形式溶于水中，电子则留在金属表面。当炉水中含有H2, O2, CO2等气体时，它们形成的阳离子极易接受电子，使金属表面上电子从微电池的阴极流向阳极，并在阳极处与炉水中的阳离子结合而消失，于是，微电池阳极处的电平衡遭到破坏，使Fe2+继续溶人水中，从而使该处的金属不断遭到腐蚀。防止H2、CO2腐蚀，要在锅炉给水中尽量除掉H2、CO2气体及碳酸化合物。
　　 5、氢脆。氢脆的产生是由于氢原子进人金属后，在晶粒边界处积聚，形成氢分子。由于氢分子不能扩散，积累后产生很大的内压，使金属晶格变大，而降低了金属的韧性，引起脆性。汽水腐蚀、碱腐蚀、酸腐蚀以及酸洗后都会产生H2，从而进一步引起氢脆。氢脆的特征是其断裂面无明显的塑性变形，断品形状大都是晶间开裂。防止氢脆，一方面要阻止H2在锅炉受热面材料中的扩散，应选用耐氢脆钢作为锅炉受热面材料;另一方面要降低H2含量，即在锅炉运行中，应有效控制能析出H2的汽水腐蚀、碱腐蚀及酸腐蚀等的发生。
　　 二、管外腐蚀分析研究
　　 1、灰致腐蚀。灰致腐蚀是在高温条件下，炉灰中形成的一些低熔点化合物凝结在锅炉受热面表面而形成熔融层，破坏了其原有的氧化层保护膜，从而加速了锅炉受热面材料的氧化过程。灰致腐蚀是过热器和再热器等高温锅炉受热面常见的腐蚀形式。在锅炉燃油时，重油中所含的钒附着在过热器或再热器等高温锅炉受热面上，形成低熔点化合物，将外界供给的O2向金属表面输送，使金属不断氧化，生成的氧化物又不断被破坏，形成多孔物质而促进O2的供给，加剧腐蚀。当烟气中含有Na2SO4时，不单是锅炉受热面材料被氧化，还会发生由Na2SO4引起的高温腐蚀(硫化腐蚀)。对于燃煤锅炉，烟灰中的K2SO4同样起到促进氧化的目的。防止灰致腐蚀，一是设计时适当保持管壁温度，运行时防止锅炉受热面超温;二是加入高熔点化合物，提高金属表面凝结物的熔点;三是降低过剩空气比例，控制烟气中02含量，以遏止钒化合物的形成;四是对锅炉受热面进行扩散渗透处理，如渗硅或渗铝等，提高其抗灰致腐蚀的能力。
　　 2、还原性气氛腐蚀。当燃烧不完全、烟灰中碳含量增高时，会形成还原性气氛。在还原性气氛中会形成高温硫酸化合物，这些在高温下气化后的硫酸化合物遇到水冷壁锅炉受热面后在其表面液化，将锅炉受热面表面的氧化层保护膜溶解，从而使其不断遭到氧化腐蚀。还原性气氛腐蚀常发生在水冷壁锅炉受热面的顶部区域。防止还原性气氛腐蚀，首先应在锅炉燃烧设计时予以重视，另外还要注意锅炉受热面的选材和表面处理。
　　 3、硫酸露点腐蚀。重油中通常含有2%~3%的硫，在燃烧时会生成SO2气体，混合在烟气中。其中少部分SO2受灰分和金属氧化物等的催化作用而生成SO3，它再与烟气中所含的水分结合生成硫酸，硫酸在处于露点以下的金属表面凝结并腐蚀金属，这就是所谓的硫酸露点腐蚀。硫酸露点腐蚀通常分为3个阶段:第1阶段为锅炉刚开始运行不久，金属表面处于低温和低浓度充酸的腐蚀环境中，使钢材处于活性溶解状态，腐蚀速度很快，但时间很短暂，在锅炉的长期运行中这个阶段对总腐蚀量的影响不大;第2阶段，金属表面温度已达到平衡，属于高温、高浓度硫酸腐蚀范围;第3阶段所形成硫酸的温度、浓度和第2个阶段相同，但其中含有大量的未燃碳，由于未燃碳的催化作用，Fe3+大量存在，对于耐露点腐蚀的钢，其腐蚀速度很小，而碳钢则仍处于与第2个阶段一样的活化状态，腐蚀速度很快。防止硫酸露点腐蚀，必需从减少燃烧产物中的硫份来抑制硫酸的生成，应使用含硫量在0.5%以下的燃油或采取经精炼脱硫后的低硫重油;其次，可通过降低过剩空气量来抑制SO3的生成。为此，就需在燃烧器设计中给予充分考虑，加人能与SO3化合而形成非腐蚀性化合物的物质。
　　 4、应力腐蚀。应力腐蚀(或应力腐蚀开裂)是指金属在特定腐蚀介质和一定水平拉应力的同时作用下发生的脆性开裂。应力腐蚀必须要3个条件同时具备才会发生，即一定水平的拉应力、特定的腐蚀介质，以及对该腐蚀介质具有应力腐蚀敏感特性的钢材。锅炉受热面在内压以及热应力、焊接残余应力等的作用下，具备一定水平的拉应力条件;而多数钢材都在C1一及OH一环境中会发生应力腐蚀，如奥氏体不锈钢在C1一环境中很容易产生应力腐蚀。遭到应力腐蚀破裂的锅炉受热面一般不出现明显的塑性变形迹象，且通常为穿晶断裂。防止应力腐蚀，应从应力、介质及材料3方面考虑，一是应尽量消除焊接残余应力，防止热应力的叠加，降低拉应力水平;二是应尽量降低应力腐蚀介质的浓度，但在用城市垃圾为燃料的情况下，锅炉受热面表面的C1一浓度很难消除，在局部高应力区仍具备发生应力腐蚀的环境;三是采用高镍合金钢作为受热面材料或其防护层，降低应力腐蚀的敏感性。
　　 三、结语
　　锅炉受热面腐蚀往往是一个综合性问题，多种腐蚀可能同时出现，还可能相互促进或互为因果，此外，还需综合考虑锅炉效率以及环境污染等多方面问题。因此，在对锅炉受热面腐蚀采取预防措施时，要全面系统地分析、综合治理。

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