汽包鍋爐省煤器管腐蝕程度大于水冷壁管的原因探討

王玉琴

摘要：在鍋爐運行中，金屬的腐蝕會給鍋爐安全運行帶來很大影響，所以了解金屬所在位置水汽介質特點，腐蝕成因以及腐蝕特征，采取必要措施規避這些問題帶來的危害很有必要。

Abstract： In boiler operation， corrosion of metal will have a great impact on the safe operation of the boiler. Therefore， it is necessary to know the characteristics of the water vapor medium at the location of the metal， the cause of corrosion and the corrosion characteristics， and take necessary measures to avoid the hazards caused by these problems.

關鍵詞：氧腐蝕;二氧化碳腐蝕;介質濃縮腐蝕;原因;處理措施

Key words： oxygen corrosion;carbon dioxide corrosion;medium concentrated corrosion;cause;treatment

中圖分類號：TK22? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）33-0060-03

1? 系統概述

發電機組主水汽循環系統主要包括凝汽器、凝結水泵、凝結水凈化（精處理設備）、低壓加熱器、除氧器、給水泵、高壓加熱器、省煤器、鍋爐本體（汽包、水冷壁管和下降管）、過熱器、中間再熱式機組的再熱器、汽輪機以及各種輸送水和蒸汽的管道，以及爐外水處理系統、補給水管道和冷卻水系統等輔助系統。

給水系統位于除氧器和鍋爐之間，涵蓋了給水泵、高壓加熱器和省煤器及其管道。

汽包鍋爐中的水在汽包、水冷壁管、聯箱和下降管這個系統內循環。給水在省煤器內升溫后進入汽包，再由下降管經下聯箱到達水冷壁管，在這個過程中水蒸發成為汽水混合物后又回到汽包中。汽包負責將這些汽水混合物進行汽水分離，分離出的叫飽和蒸汽，飽和蒸汽進入過熱器內被加熱成過熱蒸汽，過熱蒸汽去往汽輪機，分離出的水則進入下降管，和新加入的給水一起重復這個過程。

2? 熱力設備所接觸水汽介質的特點與腐蝕程度影響因素

主水汽循環系統包含的水、汽有凝結水、疏水、給水、爐水、飽和蒸汽、過熱蒸氣等。這些水汽的腐蝕性與其pH值、所含離子種類和數量、溶解氧含量、溫度和壓力等因素密切相關。

省煤器管的內側和外側分別接觸的是給水和鍋爐煙氣。在給水系統中水溫隨流程逐漸升高，給水的pH值與含氧量隨給水的水化學工況變化。給水一般不會出現鹽類在水中析出，進而在管壁上形成沉積物，但是，由于水中存在一定量的溶解氧和游離二氧化碳，給水系統的金屬可能發生氧腐蝕和二氧化碳腐蝕，使鐵銅含量明顯增加。所以給水的水質直接決定了省煤器管的垢下腐蝕程度。

水冷壁管熱負荷較高，可以直接產生蒸汽。由于在蒸發區鍋爐水和飽和蒸汽并存，從而使鍋爐水有被局部濃縮的可能，進而使水冷壁產生局部腐蝕，一般把這種情況稱為介質濃縮腐蝕，發生腐蝕的主要部位一般在沉積物下面、縫隙內部和有汽水分層的部位，一般是熱負荷較高的位置。一般這種腐蝕的程度與鍋爐水的處理方式、爐管表面狀態、給水成分、熱負荷、鍋爐運行方式、水循環狀況以及鍋爐結構等多個方面的因素有關。

3? 原因分析

3.1 氧腐蝕與二氧化碳腐蝕

在熱力設備腐蝕中，氧腐蝕較為常見。在安裝、運行和停運期間，設備都可能發生氧腐蝕，而在鍋爐運行和停運期間尤為嚴重。鋼鐵在水中發生氧腐蝕時，其表面會形成許多小鼓包。這些鼓包大小差別很大，直徑從1mm到20、30mm不等。鼓包表層的顏色一般呈黃褐色、磚紅色或者黑褐色，里層則是呈黑色粉末狀的次生腐蝕產物。當除去這些腐蝕產物之后，就可以看到一些腐蝕坑，呈“潰瘍”狀。凡是有溶解氧的部位，都有可能發生氧腐蝕。我們在大修當中發現的鍋爐省煤器管內產生的垢下針狀腐蝕，是由于水中的含氧量不足以在金屬表面形成致密的四氧化三鐵腐蝕產物，而是形成了疏松的三氧化二鐵，在給水高流速情況下，腐蝕產物被沖刷掉，留下針狀腐蝕坑，其實就是典型的氧腐蝕。氧腐蝕的程度也與多種因素有關，比如溶解氧濃度、水的pH值、水溫、水中離子成分以及水的流速等等。

水中游離二氧化碳導致的析氫腐蝕也叫二氧化碳腐蝕。當用化學除鹽水作為鍋爐補給水時，由于水中殘留堿度較小，所以給水中少量的二氧化碳就會使水的pH值明顯下降，除氧器之后的設備就會遭受二氧化碳腐蝕。金屬的材質、游離二氧化碳的含量以及水溫與流速都會影響金屬在含二氧化碳水中的腐蝕速度。

如果水中除了有溶解氧，同時還有游離的二氧化碳，則腐蝕將更加嚴重。這時金屬在遭受氧腐蝕的同時還會遭受二氧化碳腐蝕，另外由于二氧化碳的存在，水呈酸性，不僅會破壞原來的保護膜，而且也會對新保護膜的形成造成影響，使氧腐蝕更加嚴重。這種情況下，有腐蝕坑，但是表面卻沒有或少有腐蝕產物。一般在凝結水系統、給水系統中會有這種情況發生。

3.2 介質濃縮腐蝕

鍋爐運行時，介質（鍋爐水）局部濃縮而使水冷壁管產生的一種局部腐蝕叫介質濃縮腐蝕。這種腐蝕只有在介質濃縮時才有可能發生，一般在水冷壁管的沉積物下面、縫隙內部和有汽水分層的部位。發生介質濃縮腐蝕時，金屬表面往往覆蓋有沉積物。沉積物狀態不穩定，有的比較松軟，有的比較堅硬，有的比較多孔，有的比較致密。

鍋爐遭受介質濃縮腐蝕后，會有兩種不同的形態。一般當介質局部濃縮產生濃堿時，容易出現延性損壞，爐管減薄且表面凹凸不平，到達極限時會發生爆管。當介質局部濃縮產生酸時，易出現脆性損壞，爐管表面出現腐蝕坑，爐管厚度也會減薄，由于存在脫碳和氫脆，在管壁厚度減薄到極限厚度之前，爐管就發生破裂。鍋爐介質濃縮腐蝕影響因素較多，比如鍋爐水處理方式、爐管表面狀態、給水成分、熱負荷、鍋爐運行方式、水循環狀況以及鍋爐結構等。

在大修割管后，實驗室酸洗管段時會發現向火側爐管的垢下會有腐蝕坑存在。這就是介質濃縮腐蝕的結果。

3.3 省煤器腐蝕程度大于水冷壁介質濃縮腐蝕程度的原因探討

3.3.1 水冷壁不會發生氧腐蝕

介質中存在溶解氧是金屬發生氧腐蝕的根本原因。只要有溶解氧的部位就可能發生氧腐蝕。腐蝕程度隨著水質條件（氧濃度、溫度等）的不同而不同。在除氧水工況下，氧腐蝕就主要發生在高壓給水管道、省煤器等部位，因其溫度較高。而當除氧器正常運行時，給水中的氧一般在省煤器中就耗盡了，所以鍋爐本體不會遭受氧腐蝕。但是在汽包鍋爐的除氧器運行不正常，或者新安裝的除氧器沒有調整好的情況下，溶解氧就會進入鍋爐本體，使汽包和下降管遭受腐蝕。由于水冷壁管內一般不可能有溶解氧，水冷壁一般不發生氧腐蝕。鍋爐運行時，省煤器入口段的氧腐蝕一般比較嚴重。

金屬表面保護膜的完整性決定了熱力設備運行時是否發生氧腐蝕。水中的溶解氧濃度，水的pH，水溫，水中的離子成分還有水的流速等水的環境因素都會影響設備運行氧腐蝕的程度。另外，設備在停運期間水汽系統內部進入大量氧氣，再加上金屬表面潮濕，極易形成點狀氧腐蝕。鍋爐運行時，省煤器出口腐蝕較輕，入口腐蝕較重，而在停爐時，整個省煤器都會發生腐蝕，而且出口處比較嚴重。鍋爐運行時，如果除氧器運行工況顯著惡化，氧腐蝕會擴展到汽包和下降管，而水冷壁管是不會發生氧腐蝕的，停爐時，汽包、下降管、水冷壁管均會遭受氧腐蝕。

3.3.2 省煤器的腐蝕與水冷壁的腐蝕是兩種腐蝕

省煤器的腐蝕主要是氧腐蝕和二氧化碳腐蝕，水冷壁的腐蝕主要是介質濃縮腐蝕，兩個部位發生的腐蝕，形成條件不同，腐蝕機理不同，腐蝕特征不同。

3.3.3 省煤器腐蝕程度大于水冷壁介質濃縮腐蝕程度的原因探討

氧腐蝕的程度與多種因素有關，比如溶解氧濃度、水的pH值、水溫、水中離子成分以及水的流速等等。金屬在含二氧化碳的水中的腐蝕速度則與金屬的材質、游離二氧化碳的含量以及水溫與流速有關。鍋爐介質濃縮腐蝕的影響因素較多，比如鍋爐水處理方式、爐管表面狀態、給水成分、熱負荷、鍋爐運行方式、水循環狀況以及鍋爐結構等。

由于省煤器與水冷壁的運行環境與水化學工況有所不同，兩部位的腐蝕機理也不相同，在大修檢查中可以看到其腐蝕特征也有明顯不同，再加上運行時水汽品質的優劣影響，造成兩個地方腐蝕程度有所差異。另外，如果機組短時期內頻繁啟停不進行停爐保護，并且次數較多，金屬表面沒有形成鍍膜保護，也會存在一定的由停爐保護不當引起的氧腐蝕情況發生。

由此可見，優化機組水化學工況與加強日常水汽品質監督，并積極地進行停爐保護措施，對防止熱力系統的腐蝕結垢積鹽有積極作用。

4? 處理措施

生產中為了確保發電機組安全經濟運行，必須十分重視熱力設備的腐蝕防護。對于已有設備已經建成投入使用，材質及設備的參數結構已經確定，為了防止設備的腐蝕，主要應抓好設備的運行維護（定期檢修）、停運保護和合適的介質處理（包括水汽系統的清潔和合理的水汽品質調整等），優化水化學工況。根據運行經驗，機組停運后，設備內部相對濕度小于20%時，就能避免腐蝕，另外，降低停爐后金屬表面液膜含鹽量，保持金屬表面清潔也能減小停爐時設備的氧腐蝕。設備運行期間，不斷優化機組水汽品質，有效調節水中溶解氧濃度和pH值，就可以達到減輕設備金屬表面腐蝕的目的。

4.1 優化水化學工況

在鍋爐大修時，我們發現鍋爐省煤器管垢下腐蝕程度大于水冷壁管的腐蝕程度。為了保證給水水質，我們從水質調節方式上介入處理。之前我們一直采用的給水處理方式是給水還原性全揮發處理（簡稱AVT（R）），在對給水進行熱力除氧的同時，向給水中加氨以提高pH值并加還原劑聯氨進行化學除氧，利用除氧堿性水工況，在鋼表面形成穩定的四氧化三鐵保護膜，抑制鐵、銅的腐蝕作用，但是這種方式更有利于有銅給水系統中鐵、銅腐蝕的抑制。目前我廠鍋爐屬于無銅給水系統，其給水處理方式應優先選用氧化性全揮發性處理（簡稱AVT（O）），在機組AVT（R）運行正常后，除氧器排汽門根據機組運行情況采用微開方式或全關閉定期開啟的方式，除氧器兼具加熱作用，同時停止加聯氨等除氧劑，控制給水中維持一定的溶解氧含量，在對給水進行熱力除氧的同時，只向給水中加氨，通常這樣處理后，會減緩腐蝕，降低給水含鐵量，并且降低省煤器和水冷壁管的結垢速率。

4.2 采取必要措施減輕二氧化碳腐蝕

對于已有設備已經建成投入使用，材質及設備的參數結構已經確定，可以從減少進入系統的二氧化碳量和碳酸鹽量，以及減輕二氧化碳的腐蝕程度這些方面著手，防止或減輕水汽系統中游離二氧化碳對設備及管道金屬材料的腐蝕。

盡量減少汽水損失，降低系統的補給水率，作為熱電廠應盡量設法增加回水量;提高除氧器效率，注意防止空氣漏入水汽系統，除氧器可以加裝再沸騰裝置，以提高除游離二氧化碳的效率;由于水中難免會含有碳酸鹽以及有空氣漏入系統，造成一定的二氧化碳腐蝕，可以采取向水汽系統加入堿化劑來中和游離二氧化碳，或者添加能在金屬表面形成保護膜的物質，從而減輕或防止腐蝕。

4.3 采取必要措施防止介質濃縮腐蝕

消除介質產生游離堿和酸及局部濃縮的條件是防止介質濃縮腐蝕的根本途徑。

運行氧腐蝕、二氧化碳腐蝕和停運腐蝕都會增加給水鐵含量，而這些腐蝕又會促進介質濃縮腐蝕，所以防止這些腐蝕的方法也能起到間接防止介質濃縮腐蝕的作用。所以，防止停運腐蝕、防止金屬氧化物在表面沉積、及時清洗結垢受熱面、減少給水的銅鐵含量以及腐蝕性成分等措施都能有效防止介質濃縮腐蝕。

4.4 減少停爐腐蝕

通過選擇合適的停爐保護方法，優化停爐保護試驗，加強鍋爐停備用保養，可以達到降低停爐腐蝕的目的。

4.5 加強日常水汽品質監督

只有水汽質量達到一定標準才能有效地防止熱力系統的結垢、腐蝕和積鹽。所以在設備運行時，不斷優化水汽品質，減少水汽指標異常發生率，才能有效降低金屬的結垢腐蝕。

5? 小結

在鍋爐安全事故中，由于金屬腐蝕導致的事故占很大的比例。由于金屬腐蝕的隱蔽性，這方面的問題又常常容易被人們忽視。所以只有找到原因和解決方法，從根本上避免腐蝕的發生，才能確保鍋爐的安全經濟運行。

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