試論鍋爐爐管腐蝕的基本原因及應采取的對策

摘 要 鍋爐爐管腐蝕是一個化學或電化學過程。爐管腐蝕簡單地說分為管內腐蝕和管外腐蝕，其各有不同的分類和對策。

關鍵詞 鍋爐 水管腐蝕 基本原因 對策

爐管腐蝕是一個化學或電化學過程，可分為管內腐蝕（這里特指水管鍋爐，對于火管鍋爐，應理解為“水”側）和管外腐蝕（對火管鍋爐應理解為“火”側腐蝕）兩大類。管內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、應力腐蝕等之分。

一、管內腐蝕

（一）汽水腐蝕

汽水腐蝕是由于金屬鐵被水蒸汽氧化而發生的一種化學腐蝕。其特征是均勻腐蝕。過熱蒸汽在450℃時，可直接與鐵發生下列反應：

3Fe+4H20→Fe304+4H2↑

當溫度為570℃以上時，其反應生成物為Fe203：

Fe+H20-*FeO+H2↑

2FeO+H20-+Fe203↑

防止汽水腐蝕的方法有：消除傾斜角度較小的蒸發段，確保水循環正常。對于熱溫度較高的過熱器，應采用耐熱、耐腐蝕性能較好的合金鋼管等。

（二）堿腐蝕

堿腐蝕是通過強堿的化學作用，使管內壁面的Fe304保護膜遭到破壞，而后使金屬基體遭到進一步氧化的一種化學腐蝕。

爐水的酸堿性應由添加HCL和NaOH來調節。當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，就會發生較嚴重的堿腐蝕。堿腐蝕與水處理方法的關系很大，氫氧化鈉處理法是添加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較多，附著于管內表面，造成堿濃縮，產生堿腐蝕的危險很大。調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，應將Na+與P043-的比例保持在3以下，倘若添加過量的磷酸鈉，則會在管壁的過熱區析出磷酸鹽。爐管局部過熱，將會導致NaOH在該處濃縮。防止堿腐蝕要從防止爐管局部過熱和降低爐水中NaOH濃度兩方面入手。鍋爐及時排污，可減輕堿腐蝕。另外，防止爐水受到堿性再生劑的污染，也是需要注意的方面。

（三）酸腐蝕

當濃縮爐水含有較多的MgCl2和Ca02，這兩種化合物會與水作用生成鹽，使爐水中氫離子的濃度增加。軟化裝置中酸性再生以及冷卻塔的污染，酸性清洗后的殘留液，都會使爐水酸化，發生如下酸腐蝕：

2H++Fe0→Fe2++H2↑

酸腐蝕一般發生在疏松的垢層下，熱流密度較大和汽膜形成的區域。其特征是被腐蝕的爐管表面出現與堿腐蝕類似的麻點和凹坑，但由于Fe203不溶于酸性介質，故在酸腐蝕的爐管表面會出現紅色氧化層（Fe203）。

防止汽膜形成和表面結垢，防止爐水污染，及時消除酸性殘液，可以減輕酸腐蝕。

（四）氣體腐蝕

鍋爐給水中如含有較多的氧和二氧化碳氣體，就會使爐管發生電化學腐蝕。電化學腐蝕是在金屬表面形成若干微電池的結果。在微電池的陽極，鐵失去電子，Fe2+的形式溶于水中，電子則留在金屬表面。當爐水中含有氫、氧、二氧化碳等陽離子時，這些陽離子極易接受電子，金屬表面上的電子會從微電池的陽極流向陰極，在陽極處與爐水中的陽離子結合而消失。于是，微電池陽極處的電平衡遭到破壞：使Fe2+繼續溶入水中，從而使該處的金屬不斷遭到腐蝕。

此外，氧還能將溶于水中的Fe（OH）2氧化，生成Fe（OH）3沉淀，從而加快腐蝕。

防止方法是在鍋爐給水中盡量除掉C02氣體及碳酸化合物。

二、管外腐蝕

（一）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腐蝕鋼（稱為釩腐蝕）。其氧化機理如下：

2Fe+2V205

→Fe203+3V2Fe203+2V205→2FeV046V204+302→6V205

金屬表面附著的熔融狀態的釩化合物，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，形成多孔物質而促進氧的供給。防止灰致腐蝕，應從控制爐管溫度、提高凝結物熔點、控制煙氣中氧含量、爐管表面處理和選材等方面考慮。考慮到煙灰凝結在金屬表面，生成低熔點化合物而加速氧化，因此設計時必須適當保持管壁溫度，運行時必須防止爐管超溫。加入高熔點的化合物，可使金屬表面凝結物的熔點上升。此外，降低過剩空氣比例，可以遏止V2S05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。

（二）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Na2S207和K2S20NaS07），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，使爐管遭到不斷的氧化腐蝕。還原性氣氛腐蝕見于水冷壁爐管的頂部區域。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，應在鍋爐燃燒設計時予以重視。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。

（三）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S02，其中1%～2% S02受灰分和金屬氧化物等的催化作用而生成三氧化硫（S03），它再與燃燒氣體中所含的水分（約5qo_lO%）結合生成硫酸，在處于露點以下的金屬表面凝結并腐蝕金屬（即所謂硫酸露點腐蝕）。

要想從根本上解決硫酸露點腐蝕問題，就必須減少燃燒中的硫分來抑制硫酸的生成。為此，應使用含硫量在0.5%以下的燃油，或采取經精煉脫硫后的低硫重油。其次，降低過剩空氣量也可以抑制S03的生成。為此，就需在燃燒器設計中給予充分考慮。加入能與S03化合而形成非腐蝕性化合物的物質。例如，把氫氧化鎂制成濃度為12%的漿狀水溶液，注入燃油中混合使用，或把NH3混入適量的空氣中，用氣體注入法，對防止腐蝕有明顯效果。氫氧化鎂注入后還能降低煤塵量，以緩和低過剩空氣下的運行所帶來的問題。

（四）應力腐蝕

應力腐蝕（或稱應力腐蝕開裂）是指金屬在特定腐蝕介質和一定水平拉應力的同時作用下發生的脆性開裂。應力腐蝕必須要三個條件同時具備，即一定水平的拉應力、特定的腐蝕介質以及對該腐蝕介質具有應力腐蝕敏感的鋼材。爐管在內壓以及熱應力、焊接殘余應力等的作用下，會具備一定水平的拉應力條件。多數鋼材在氯離子及氫氧根離子環境中都會發生應力腐蝕。防止應力腐蝕應從應力、介質及材料三方面考慮。應盡量消除焊接殘余應力，防止熱應力的疊加，降低拉應力水平。

綜上，由于爐管處于非常特殊的運行環境，只有充分認識這些腐蝕的起因，才能采取有效的預防措施，使爐管免遭腐蝕破壞。

（作者單位為吉林省三岔子林業局）

[作者簡介：劉曉彥，吉林白山人。]