35t/h锅炉腐蚀原因浅析

查安丽

(新疆化工(集团)哈密碱业有限公司,新疆 哈密 839001)

35t/h锅炉腐蚀原因浅析

查安丽

(新疆化工(集团)哈密碱业有限公司,新疆 哈密 839001)

通过对35t/h锅炉的过热器、对流管、省煤器发生的爆管事故进行综合分析,重点就锅炉的汽侧腐蚀、水侧腐蚀的类别、成因、危害程度等几个要点进行说明,并对运行管理提出了建议。

锅炉;过热器;省煤器;对流管;爆管;腐蚀

我厂有1台型号UG-35/3.82-M1g链条式锅炉,2007年建成投入运行;3台型号SHL20-25/ 400-A链条式锅炉,1990年建成投入运行。最近3年来,锅炉均多次发生省煤器、对流管、过热器爆管事故,严重影响锅炉的正常运行,影响化工生产正常运行,导致生产负荷波动大,消耗高。

1 原因分析

经对锅炉各爆管处检查发现情况如下:对流管、过热器管外壁有0.3～2mm的不规则条纹,且背火面积灰严重,过热器爆管内壁有0.3～1.3mm厚的沉积物。省煤器部分管内壁有0.3～2mm的点状腐蚀坑,呈大小不等的“溃疡”状态,在管内还存在多量的褐色锈渣。

针对上述情况,笔者进行多次调研和收集资料,经分析,初步认为引起锅炉省煤器、对流管和过热器的爆管原因,分别由锅炉汽侧腐蚀和水侧腐蚀引起,其中造成汽侧腐蚀的主要有:蒸汽带有的杂质导致锅炉内金属表面形成盐碱沉积物,造成垢下盐碱腐蚀;溶解在炉水中的氧和二氧化碳气体使炉管内表面腐蚀减薄;司炉工操作不当,使锅炉骤冷骤热,或者负荷波动频繁,使金属疲劳腐蚀。几种造成水侧腐蚀的主要原因有:锅炉给水溶解氧超标造成溶解氧腐蚀、炉水中pH值偏低造成的酸性腐蚀、炉水中pH值偏高造成的碱性腐蚀等。

2 具体原因及防范措施

腐蚀造成了锅炉内管壁间不同的受热面结垢程度不同,不仅影响其传热效果,降低锅炉出力,浪费燃料,还发生相互作用加速管束的腐蚀,缩短锅炉寿命,威胁安全运行,最终酿成事故。以下就腐蚀的原因做简要阐述及分析,供予我们每位操作者和管理者之间相互交流和借鉴,以实现控制并减少腐蚀,保证锅炉安全运行之目的。

2.1 沉积物垢下盐碱腐蚀

当锅炉内金属表面附着有水垢时,在其水垢下面会发生严重的盐碱腐蚀。

锅炉内金属表面附着的沉积物腐蚀一般主要发生在锅炉热负荷较高的部位,如燃烧室附近及炉管的向火侧等处。如果腐蚀速度达到1.5～5mm/a时,一般锅炉运行5000～30000h(208～1250d)就会出现锅炉管束腐蚀穿孔、裂纹,甚至爆管现象。

一般温度在大约大于300℃时,锅炉内金属表面结晶结构其反应机理如下:

在此状态下,锅炉内金属表面形成的Fe3O4保护膜本身是非常致密的、具有良好的保护性能。如果破坏了此条件,此时锅炉内金属表面形成的Fe3O4保护膜就会遭到破坏,就会使锅炉内金属表面局部暴露,此时所产生的腐蚀就更集中,更加剧了局部的腐蚀速度。

根据分析,当pH值为10～12时,锅炉炉水溶液对锅炉内金属表面形成的 Fe3O4保护层的破坏腐蚀速度最小,当pH值过低或过高都会使锅炉内金属表面形成Fe3O4保护层的破坏腐蚀速度加快。在pH<8时腐蚀加快的原因是 H+起了去极化作用。在pH>13时,腐蚀加快的原因是金属表面的Fe3O4溶于溶液中而引起的反应,其反应机理如下:

另外,当锅炉内的金属表面有沉积物时,由于沉积物的传热性差,使得沉积物下的金属管壁的温度升高,因而渗透到沉积物下的炉水会发生急剧蒸浓的作用,结果使沉积物下的各种杂质浓度变得很高,其水质会与浓缩前完全不同,锅炉内金属表面的腐蚀速度也会加快,这是目前中高压锅炉所常见的一种腐蚀形式。

因此,强化锅炉软水和锅炉给水指标的管理,制备合格的锅炉软水,保证提供给锅炉的给水合格,控制好运行中锅炉炉水中pH值指标在标准要求内波动,做到及时监控及时调控,减少锅炉内金属表面沉积物,保证金属的传热性畅通,减少局部管壁温度升高现象,最大限度的保护锅炉内金属表面形成Fe3O4保护层不被破坏,是降低锅炉腐蚀速度的重要因素,也是提高锅炉运行周期的关键之一。

2.2 游离浓碱及炉管拉应力作用造成苛性脆化

苛性脆化即是晶粒间的腐蚀,又称晶间腐蚀。一般锅炉的金属材质为碳钢,而碳钢在碱性的氢氧化钠的水溶液中会发生应力腐蚀,而应力腐蚀会使金属本身产生裂纹,从而发生脆性断裂。

在锅炉运行中,大多数锅炉的水冷壁和联箱等局部区域容易出现游离浓碱,同时又受到拉应力作用,就会产生苛性脆化,形成苛性脆化的主要原因有:

1)当锅炉水pH值指标超时,锅炉水中含有超标的Cl-和O2及CO2时,致使蒸汽带有杂质和水分,其品质降低,随着锅炉炉水局部浓缩产生的游离浓碱使水中杂质浓度变得很高,蒸汽带有的杂质也不断增多,浸蚀金属表面的腐蚀性也就加强,造成金属腐蚀加剧;

2)当炉水中产生局部浓缩现象,使沉积物下的局部区域各种杂质浓度变得很高,其水质会与浓缩前完全不同,腐蚀速度迅速加快;

3)当溶解在炉水中的O2和CO2气体浓度变得很高时,使钢板(管)内外表面腐蚀减薄,加之炉管受拉应力作用,产生苛性脆化,强度显著降低,不能承受额定压力而破裂;

4)碳钢在碱性的氢氧化钠的水溶液中会发生晶间腐蚀,而晶间腐蚀会使金属本身产生裂纹,从而发生脆性断裂;

5)金属中有接近屈服点的应力。

苛性脆化的初期是不易被发现的,但是这种腐蚀进展是非常迅速的,当察觉到裂纹时,金属的损伤已达到严重的程度,轻者造成锅炉不能使用,重者发生锅炉爆炸事故。

2.3 司炉工操作不当造成金属疲劳腐蚀

锅炉的金属除了受侵蚀性介质的腐蚀作用外,还经常受方向不同和大小不一的各种外在应力作用而产生裂纹,这种现象称之为疲劳腐蚀。这些裂纹,有时是穿晶的,有的是晶间的,也有两种都有的,这是由于各种外在交变应力作用的结果。这种腐蚀主要发生在锅炉冷热交变时、锅炉金属表面有干湿气体交变时、锅炉内由于汽水混合物流速变化时、以及其他情况下产生的交替应力的情况时,这些情况下都会造成金属疲劳发生腐蚀而造成裂纹。这种腐蚀主要是由于操作过程中不考虑物质属性,操作大起大落,违规操作造成的。

2.4 给水中溶解氧超标腐蚀

溶解氧腐蚀是一种电化学腐蚀,在腐蚀电池中,铁的电位总是比氧的还原反应电位低,所以铁是电池的阳极而遭到腐蚀,反应式如下:

铁受到溶解氧腐蚀后产生Fe2+,它在水中进行的二次过程为:

由于水中溶解氧腐蚀而形成的二次产物比较疏松,没有保护性,所以一旦在金属表面的某个点发生腐蚀,就会持续下去,经过不断的电化学反应,二次产物层越积越厚,形成溃疡鼓疱,而鼓疱下面越腐蚀越深,形成陷坑。

溶解氧腐蚀的判别方式:当除去红色氧化铁帽时,在穴中暴露有黑色的四氧化三铁沉积物,则为溶解氧腐蚀;如果穴中没有黑色的氧化铁,或穴外无红色氧化铁时,则为非溶解氧腐蚀。

随着给水速度的提高和锅炉热负荷的增加,溶解氧腐蚀也随之加剧。在给水管道和省煤器入口端特别容易受到溶解氧腐蚀,同时含有溶解氧的水进入锅炉后,大部分的氧气将闪化进入蒸汽,而在汽包的水线和给水汽包的空间部位产生特定的孔蚀,另外,后炉膛水冷壁也可能有严重的局部腐蚀。

溶解氧腐蚀会随着水中溶解氧的增加和水温的提高,腐蚀性也就越强,当炉水的pH值小于4或炉水处在强碱环境下腐蚀会加重。当水中含有Cl-时,由于其有破坏保护膜的能力,会促进腐蚀加速。当给水中同时含有O2和CO2时,也会显著加速腐蚀。因此,保证锅炉给水的溶解氧指标在合格范围下线控制,加强锅炉运行中的管理和操作,坚决禁止向除氧器中添加大量补给水等现象,杜绝溶解氧腐蚀是保证锅炉延长运行周期的关键之一。

虽然公司这几台锅炉都配有除氧器,但由于锅炉设计时除氧器结构不合理,锅炉给水中的溶解氧经常出现超标现象,加之在运行中由于管理不到位和操作责任心不强,还时常存在着诸如送入除氧器的蒸汽量调节不及时,温度调节范围过于宽泛,除氧器负荷变动过大,间断性向除氧器中添加大量补给水等现象,至使给水中的溶解氧时常超标而进入锅炉,因此引起溶解氧腐蚀。

2.5 炉水中的酸性腐蚀

当锅炉炉水在偏酸性情况下,锅炉内金属表面的铁与酸反应生成铁离子并释放出氢气,同时氢原子与钢中的碳反应生成CH4使钢脱碳,会使金属沿晶界面产生裂缝,当锅炉压力在3.5MPa以上时,氢离子会扩散进入金属而使金属变脆并导致组织损坏。反应式如下:

酸性腐蚀又称脆性腐蚀,当锅炉管束内的向火侧已沉积了一层比较致密的沉积物,而且在炉水中有MgCl2和CaCl2类物质,则沉积物下因酸性增强而产生腐蚀。或者有CO2与蒸汽一起流经蒸汽管路时,一部分CO2溶入水中形成 H2CO3而造成酸性腐蚀,腐蚀严重时,管壁并未变薄就会爆管,危害性较大。

造成锅炉酸性腐蚀的原因主要是:酸洗不当造成;水处理树脂再生异常造成;酸泄入炉水中及炉水中Na+和PO3-4比例偏低均会引起酸性腐蚀。因此,加强锅炉水质量监控,定期做好酸洗和水处理树脂再生,定期做好锅炉水排污是保证避免酸性腐蚀的主要手段。

3 结 语

锅炉腐蚀的原因错综复杂,因此,锅炉使用单位的每位管理者和运行人员不但要学习锅炉运行的专业知识,掌握设备情况,熟练操作技能,还要学会透过运行中的一些异常现象及时判断锅炉腐蚀的原因。结合锅炉设计和运行工况,预防各种腐蚀的发生。

1)要加强锅炉给水和炉水水质的质量监督,保证合格的锅炉给水和炉水,杜绝不合格的锅炉给水进入锅炉。

2)加强炉水碱度、酸度的控制与调节,保证炉水pH指标在锅炉要求控制指标范围内,定期做好酸洗和水处理树脂再生,定期做好锅炉水排污。

3)要认真加强锅炉给水溶解氧控制,保证达到锅炉使用标准要求,坚决禁止向除氧器中添加大量补给水等现象。

4)要做好炉水中的腐蚀性成分分析,及时发现问题及时解决。

5)加强司炉工的责任心教育,强化操作技能管理,坚决禁止锅炉骤冷骤热,或者负荷波动频繁,杜绝严重缺水现象发生。

6)加强蒸汽压力、流量及温度变化的监控,严禁流量变化频繁,杜绝给水温度过低现象。

7)从金属材料属性等多方面入手,及时发现问题并采取行之有效的防治措施,杜绝突发现象的发生,才能确保锅炉的安全、稳定、经济运行。

TK223.3

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1005-8370(2011)04-20-03

2011-02-15

查安丽(1962—),1999年毕业于北京机械工业学院;工程师;现任新疆化工(集团)哈密碱业有限公司质量环保部部长。