熱力設備防銹蝕技術的研究與應用

摘要：當熱的機械裝置處于停止或備用狀態時，空氣里的水分與氧化物將會滲入其內部結構之中，導致設備表面與空氣中水分發生化學反應造成設備的嚴重銹蝕，成為機器再次開啟之后高風險運行的關鍵源頭。鑒于此，鄒縣發電廠開展了停備的防銹蝕方法研究，采用氨水堿化烘干法、成膜胺法、充氮法等方法防銹。應用效果表明，這三種方法能夠有效控制設備表面銹蝕，解決了設備停止或備用狀態的銹蝕嚴重問題。

關鍵詞：電廠設備；停用期間；防銹；成膜胺法；氨水堿化烘干法

引言

火力發電（煤炭和天然氣）發電行業規模巨大，約占全國碳排放的三分之一。近年來火電機組停（備）用時間逐年增多，據統計魯蘇皖區域82臺火電機組的平均停（備）用天數達到120天左右，在雙碳減排背景下，機組停（備）用時間較多的形勢不可逆轉。熱力設備停（備）用期間的腐蝕比較嚴重，導致的運行期間的事故也時有發生，各發電企業做好停（備）用熱力設備防銹蝕工作至關重要。

熱力設備銹蝕原理分析

當熱的機械裝置處于停止或備用狀態時，空氣里的水分與氧化物將會滲入其內部結構之中，揮發后覆蓋到材質上造成一層濕潤的外部環境條件。同時由于外部的大部分氣體都含有一定數量的氧分子，與空氣中水分發生化學反應造成設備的嚴重銹蝕。設備金屬材料表面在停用期間發生的氧化腐蝕過程如下：陽極反應：Fe→Fe2++2e；陰極反應：O2+2H2O+4e→4OH-。與此同時，陽極反應生成的陽離子Fe2+和陰極反應生成的陰離子OH-會繼續發生電化學反應生成Fe（OH）2和Fe（OH）3 ，經脫水而產生的混合產物Fe3O4。

熱力設備銹蝕危害

因為金屬被侵蝕產生的氧化鐵（Fe3O4）較為稀薄且不易黏附于設備表面，無法有效地為金屬表面提供有效防護，一旦侵蝕發生，則會持續并擴大。此外，氧化鐵也阻礙了空氣中氧分子的流動，導致金屬表面的氧分子濃度過高，這將會加速金屬的基礎部分的侵蝕速度。

熱力設備在停（備）用期間若未實施適當的安全防護手段，熱力裝置在非使用狀態下可能遭受嚴重侵蝕，導致其表層出現大量的腐蝕凹陷及微型穿孔。由于這種侵蝕主要發生在熱力設備處于停止或備用階段，可能成為機器再次開啟之后高風險運行的關鍵源頭。常見典型案例包括汽輪機停用腐蝕、水冷壁停用腐蝕、汽包停用腐蝕。

停（備）用期間常用防銹蝕方法

氨水堿化烘干法

氨水堿化法原理

隨著pH值的升高，金屬陽離子能夠轉變為離子化合物。如鐵離子在pH為10的堿性溶液中，易生成Fe3O4，而Fe3O4是一種致密、堅硬的磁性化合物，能夠以其微小的層狀結構附著到管道表面并形成了對鋼鐵的一種防護屏障。對于停用熱力系統，可以通過提升冷卻水氨水含量，使凝結水pH值達到10以上，在堿性條件下烘干設備，在設備表面形成一層致密磁性氧化物膜，有效防止設備表面生銹。

鍋爐保養的氨水堿化烘干法具體實施

（1）在汽包鍋爐停止運行前的4小時，停止向爐水中添加磷酸鹽和氫氧化鈉。

（2）使用AVT（O）機組作為供水系統，在停止運行前的4小時，開啟旁通冷卻水精脫鹽裝置，增加凝結水泵出水口的注氨量，使其達到pH到9.6～10.5，然后關閉機器。如果凝結水泵出水口的氨添加不達標，可以啟用給水泵進口的氨添加泵來補充氨。依據發電機的停運時長設定停機之前的pH值，若停機時間較長，則pH值應取高值。

（3）針對鄒縣發電廠蒸汽熱力設備，需要在汽包壓力降低至約為0.6兆帕至1.6兆帕之間時，應立即釋放所有剩余的水分；在鍋爐排水完畢后，應該啟動凝汽器真空系統，通過啟用一級和二級旁路來對過熱器和再熱器進行4小時到6小時的真空抽取。

實施注意事項

（1）在停爐期間，需要定期檢測凝結水的pH值和電導率。

（2）在確保金屬壁溫度差不超過鍋爐制造商規定的范圍內，盡可能提高排水壓力和溫度。

成膜胺法

成膜胺法原理

成膜胺法采用十八胺停運保護劑，主要成分包括氨基和十八烷基，其中氨基所含氮原子具有較強負電性，對鐵原子具有很強的親合作用，十八烷基有憎水性的特征。由于十八胺的獨特性質，極易被金屬表面吸附，同時在金屬表面形成一層致密的憎水保護膜。這層薄膜就能有效阻止濕氣進入到金屬器件里，從而避免了金屬受到不同程度的侵害。

鍋爐保養的成膜胺法

針對鄒縣發電廠蒸汽熱力設備采取的成膜胺法保護方式：在熄火前的4小時內，暫停添加磷酸鹽與氫氧化鈉到爐水中，同時也中止使用聯氨加入量。當熱力設備腔內壓力下降至2～3兆帕時，降低汽包水位至最低允許水位。從熱力設備入口注入成膜胺，開啟過熱器的空氣排出閥，使成膜胺完全覆蓋過熱器。熱力設備關閉運行之后，清除爐內積水，利用剩余的熱能烘干熱力設備。

充氮法

充氮法原理

充氮保護是為了阻隔空氣。關于鍋爐的充氮保護，有兩種主要保護方式：

（1）氮氣覆蓋保護：向停用設備注入氮氣，利用氮氣覆蓋蒸汽空間。當鍋爐壓力下降至0.5兆帕時，開始向鍋爐充氮氣，并維持氮氣壓力在0.03～0.05兆帕，實現氮氣的覆蓋保護。

（2）氮氣密封保護：當鍋爐停止運作時，需要釋放水分，利用氮氣來封閉水汽空間。當鍋爐的壓力下降到0. 5兆帕時，開始向鍋爐注入氮氣并排出水分，在這個排水和保護的過程中，維持氮氣壓力在0. 01至0. 03兆帕之間。

短期停爐充氮方法

機組停機前4小時，停止磷酸鹽和氫氧化鈉供應，同時停止給水供氧，增加凝結水出口的氨量，以使給水的pH值維持在9.4～9.6。

鍋爐停爐后當過熱器出口壓力降至0.5兆帕時，應立即封閉所有的蒸汽排放口、排水閥及通風孔，同時開啟鍋爐的熱交換部分的充氮裝置以注入氮氣。在此期間，需要確保氮氣的壓力穩定在0.03～0.05兆帕之間，以便于鍋爐的降溫與保溫處理。

AVT（R）給水工藝機組的長期停爐充氮方法

（1）在停機前的6到8小時，應該禁止向汽包鍋爐中添加磷酸鹽和氫氧化鈉。

（2）當鍋爐停止工作時，應保持凝結水泵和給水泵處于工作狀態，增加對凝結水的聯氨添加劑的使用量，以確保聯氨濃度為0.5到10毫克/升之間，pH值應調整到9.6～10.5。

（3）在鍋爐的汽包壓力下降到4兆帕后，通過使用爐水磷酸鹽加藥系統向爐水中添加濃度較高的聯氨，以確保爐水中的聯氨濃度能夠達到5到10毫克/升。

（4）當鍋爐的壓力下降到0.5兆帕，關閉所有與受熱面相連接的疏水門、放水門和空氣門。然后打開充氮閥門并注入氮氣，在此過程中保持氮氣壓力在0.03～ 0.05兆帕之間。

充氮法監督和注意事項

（1）氮氣的純度應當高于99.5%，最低不得低于98%。

（2）在進行氮氣保護的過程中，應該定期測量氮氣的壓力、純度以及水質。

（3）為設備安裝專門的氮氣充裝系統，并提供充足的氮氣。鍋爐受熱面應設置多處氮氣充裝口，充氮管道的內徑一般不得小于20毫米，適宜選用不銹鋼材料制作。

（4）調整氮氣系統減壓閥出口壓力至0.5兆帕，當鍋爐氣壓下降至此值以下時，氮氣應自動注入。

（5）設備修復完成之后，應該再次進行氮氣保護。

結論

鄒縣發電廠開展了停備的防銹蝕方法研究，采用氨水堿化烘干法、成膜胺法、充氮法等方法防銹。應用效果表明，該3種方法能夠有效控制設備表面銹蝕，解決了設備停止或備用狀態的銹蝕嚴重問題。