過熱器化學(xué)清洗中金屬材料的腐蝕

林衛(wèi)麗，鄧宇強(qiáng)，張祥金，宋 飛，劉 鋒，祁東東，倪瑞濤

（1.西安工業(yè)大學(xué) 北方信息工程學(xué)院，西安710025；2.西安熱工研究院有限公司，西安710032）

火電廠鍋爐中的過熱器管長期在高溫高壓水蒸汽中運(yùn)行，由于水蒸氣的長期氧化會在管內(nèi)壁生成大量氧化皮。這些氧化皮隨著厚度的增加會在運(yùn)行或啟停機(jī)的過程中剝離，從而造成管道流通面變小甚至堵塞引起的超溫爆管、主汽門卡塞和汽輪機(jī)葉片的固體顆粒沖蝕等事故。這嚴(yán)重影響了各電廠發(fā)電機(jī)組的安全正常運(yùn)行，并且給發(fā)電企業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。對氧化皮的治理成為各發(fā)電廠急待解決的技術(shù)難題，而采用化學(xué)清洗是一種行之有效的方法。雖然，火電廠定期會對鍋爐進(jìn)行化學(xué)清洗，但主要是對省煤器和水冷壁系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)清洗，而對運(yùn)行后的過熱器管進(jìn)行過化學(xué)清洗則較少。其原因是省煤器和水冷壁系統(tǒng)所用材料主要以碳鋼為主，而過熱器所用材料的種類廣泛如T22，15CrMoG，12Cr1MoV，T91，TP347 及 Super304等，這些材料通常根據(jù)過熱器的熱負(fù)荷不同而選擇使用的部位也不同。因此，在進(jìn)行過熱器化學(xué)清洗時，需要研究清洗介質(zhì)對清洗系統(tǒng)所涉及到的金屬材料的腐蝕速度，以確保清洗工藝在有效除垢的基礎(chǔ)上，避免對設(shè)備造成腐蝕損壞[1－4]。

1 試驗(yàn)

1.1 主要原材料

試驗(yàn)介質(zhì)為目前電廠鍋爐化學(xué)清洗中可以用于過熱器化學(xué)清洗的幾種常用有機(jī)酸介質(zhì)如：EDTA、檸檬酸、羥基乙酸＋甲酸、自制復(fù)合有機(jī)酸A[5－6]；試驗(yàn)材料為取自電廠正式系統(tǒng)上的省煤器、水冷壁、過熱器等管樣，所涉及的材料：20G，T22，15CrMoG，12Cr1MoV，T91，TP347及Super304等。

1.2 試樣制備

將清洗介質(zhì)按表1中的濃度及組分進(jìn)行配制，并進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)所用腐蝕指示片均由電廠管樣加工（材料成分詳見表2），尺寸為40mm×12mm×3mm。然后用水磨砂紙將試樣逐級打磨至600號，用丙酮擦洗表面，再放入干凈的丙酮中浸泡2min，冷風(fēng)吹干，置于干燥器內(nèi)干燥1h，然后稱量，并用游標(biāo)卡尺精確測量試片的長、寬、高，計(jì)算試片面積。測量完后放入干燥器內(nèi)備用。奧氏體材料的試片需要測量晶間腐蝕情況，故將這類試片的表面繼續(xù)用1 000號金相砂紙打磨后，再在拋光機(jī)上絨布噴拋光劑進(jìn)行拋光。其中：①清洗配方組成及清洗條件參考DL／T 794；②為專利配方。

表1 試驗(yàn)用清洗劑組成及工藝條件Tab.1 Composition and testing conditions of cleaning agents

表2 試驗(yàn)用材料化學(xué)成分Tab.2 Chemical composition of testing materials%

1.3 試驗(yàn)方法

采用動態(tài)模擬實(shí)際清洗過程的試驗(yàn)裝置（見圖1），進(jìn)行清洗實(shí)際管樣過程的試片失重腐蝕速率。每次試驗(yàn)按照表1中各種清洗介質(zhì)的配方和工藝?yán)迷撗b置，分別研究表2中的金屬材料在不同清洗介質(zhì)中的腐蝕速率，分析測試及數(shù)據(jù)處理方法按照DL／T 794中提供的方法進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 失重腐蝕速率

各種清洗介質(zhì)對不同材質(zhì)試片的失重腐蝕速率結(jié)果見表3。試驗(yàn)結(jié)果表明，EDTA的氨鹽和鈉鹽清洗介質(zhì)對各種金屬材料的腐蝕速率均保持在較低水平，采用這類介質(zhì)及配套緩蝕劑清洗過熱器不會出現(xiàn)設(shè)備腐蝕損壞的情況。而檸檬酸、羥基乙酸＋甲酸、復(fù)合有機(jī)酸A的試驗(yàn)結(jié)果卻出現(xiàn)了T91腐蝕速率較高的情況，這主要因?yàn)槠渚徫g劑及介質(zhì)均是延用鍋爐省煤器、水冷壁的清洗配方，只考慮了對碳鋼的腐蝕控制。因此，需要針對選擇的清洗介質(zhì)及工藝研究如何將T91的腐蝕速率控制在較低水平。另外，只有羥基乙酸＋甲酸試驗(yàn)出現(xiàn)了奧氏體鋼（TP347和Super304）腐蝕失重的情況，因此對奧氏體鋼試驗(yàn)后進(jìn)行了金相顯微鏡觀察。

圖1 模擬化學(xué)清洗腐蝕試驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Corrosion test device of chemical cleaning

表3 模擬清洗試驗(yàn)中各金屬材料的腐蝕速率Tab.3 Corrosion rates of various metal material after testing g·m－2·h－1

2.2 晶間腐蝕

由于奧氏體不銹鋼是耐蝕性能優(yōu)異的材料，腐蝕失重試驗(yàn)結(jié)果中僅羥基乙酸＋甲酸介質(zhì)中出現(xiàn)失重腐蝕的情況，其他介質(zhì)均沒有失重。但考慮到對奧氏體不銹鋼腐蝕危害最大的是晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕等局部腐蝕。因此，試驗(yàn)后對TP347和Super304試片的表面進(jìn)行了金相檢查，見圖2和圖3。圖中編號從1至5依次為EDTA氨鹽、EDTA鈉鹽、檸檬酸、羥基乙酸＋甲酸、復(fù)合有機(jī)酸A清洗介質(zhì)試驗(yàn)后的金相照片。金相照片顯示除羥基乙酸＋甲酸介質(zhì)對兩種奧氏體不銹鋼TP347和Super304均產(chǎn)生了明顯的晶間腐蝕，其他清洗介質(zhì)均未有晶間腐蝕的情況出現(xiàn)。因此，在采用羥基乙酸＋甲酸進(jìn)行過熱器清洗時，需要研究對奧氏體不銹鋼晶間腐蝕進(jìn)行控制的清洗配方或工藝。

2.3 T91腐蝕速率

由于T91在清洗模擬試驗(yàn)中的腐蝕速率遠(yuǎn)大于其他材料。因此，針對研制開發(fā)的復(fù)合有機(jī)酸A清洗介質(zhì)研究了多種緩蝕劑對材料的腐蝕速率控制情況（見圖4）。從圖4可以看出，同時對五種金屬材料具有良好緩蝕效果的緩蝕劑是TPRI－E型緩蝕劑。TP 3 4 7和Super 3 0 4奧氏體鋼沒有腐蝕失重和晶間腐蝕情況，故沒有統(tǒng)計(jì)其腐蝕速率。若采用復(fù)合有機(jī)酸A進(jìn)行過熱器化學(xué)清洗時，其配套緩蝕劑應(yīng)選擇TPRI－E，才能達(dá)到將清洗系統(tǒng)各種金屬材料的腐蝕速度控制在較低水平的效果。

圖2 Super304試驗(yàn)后金相圖（500×）Fig.2 Metallographic pictures of Super 304after testing（500×）

圖3 TP347試驗(yàn)后金相圖（500×）Fig.3 Metallographic pictures of TP347after testing（500×）

3 結(jié)論與建議

（1）采用常規(guī)鍋爐清洗配方，如檸檬酸、羥基乙酸＋甲酸和復(fù)合有機(jī)酸A對過熱器清洗系統(tǒng)金屬材料的腐蝕存在很大差異，其中T91的腐蝕速率遠(yuǎn)大于其他金屬材料。需要有針對性地研究各清洗介質(zhì)的專用緩蝕劑，以確保清洗過程對所有金屬材料的腐蝕控制效果。

（2）參加試驗(yàn)的清洗介質(zhì)中，只有羥基乙酸＋甲酸出現(xiàn)了奧氏體不銹鋼TP347和Super304的晶間腐蝕情況，因此，采用這種介質(zhì)進(jìn)行過熱器清洗時應(yīng)研究抑制奧氏體不銹鋼晶間腐蝕方法。

圖4 復(fù)合有機(jī)酸A中不同緩蝕劑的腐蝕速度試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Corrosion rates in complex－organic－acid－A with different inhibitors

（3）通過對緩蝕劑的選擇，可全面有效地控制過熱器各種金屬材料在清洗過程中的腐蝕速率。

因此，進(jìn)行鍋爐過熱器化學(xué)清洗時，要充分研究清洗配方及工藝對系統(tǒng)所有類型金屬材料的腐蝕速率，尤其是奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕情況。避免清洗時出現(xiàn)部分金屬材料腐蝕速度過高的情況出現(xiàn)。

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