燃气锅炉尾部烟道受热面金属腐蚀原因分析及防腐探讨

毛丽燕 张荣华

（新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院 乌鲁木齐 830011）

燃气锅炉尾部烟道受热面金属腐蚀原因分析及防腐探讨

毛丽燕 张荣华

（新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院 乌鲁木齐 830011）

本文通过对天然气组分的分析及天然气燃烧后形成的尾部烟气成分分析，结合笔者单位开展的尾部受热面腐蚀及防腐方法的课题，对烟气腐蚀的形成过程和可能采用的防腐措施进行了论述，对今后的燃气锅炉生产、技术改造等方面有一定的指导作用。

燃气锅炉 尾部受热面 尾部烟气 腐蚀 气相保护

近几年，乌鲁木齐市基本完成了“煤改气”项目的锅炉改造。随着大量燃气锅炉的投入使用，产生了新的问题，经大量用户的走访和现场调查，笔者发现使用燃气作为能源后尽管解决了燃料对环境污染的问题，但是锅炉尾部以及后部烟道和辅机却产生了严重的运行腐蚀。每年停炉后，使用单位都要对该部位进行清理，一般都能清理出上百公斤的铁锈，严重的甚至能够清理出好几手拉车。经过现场调查也得出了同样的结论，一般在没有防腐措施的锅炉上腐蚀状况非常严重，不仅每年都有大量的腐蚀产物，而且在使用2～3年后会出现附属设备穿孔、损坏，需要进行维修或更换。

1 原因分析

笔者通过现场调查和化学分析测试，发现尾部附属设备腐蚀的原因。主要为以下几个方面：

1.1 天然气组分分析

天然气属有机物是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占95%左右，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。主要成分为甲烷，密度约0.70～0.75kg/m3，比空气轻近一半。在0℃及一个标准大气压下（1.013×105Pa），空气密度为1.293kg/m3。所以说在常压下一立方米的天然气质量大概为：0.70～0.75kg［1］。

燃烧后产生的主要成分为：水和二氧化碳，和少量硫的氧化物、氮氧化物及过剩空气。水的比例占到40%～50%，其他以二氧化碳为主（包括硫的氧化物、氮氧化物）的酸性气体能够溶解到水中，形成较强的酸性环境，见表1。

表1 天然气成分分析

1.2 尾部烟气成分分析

当尾部烟气经过多次冷却后，其温度低于水蒸气的凝结点，尤其是当烟气温度在80℃左右时，其凝结速度会很快。从而在尾部设备中产生大量燃烧产物凝结水，此时酸性气体的溶解速度也大幅度的提高，使得冷凝水呈较强的酸性。酸性水长期接触金属，其腐蚀速度是十分惊人的［2］，见表2。

表2 尾部烟气成分分析

1.3 烟气凝结水分析

由前所述，天然气的主要成分是甲烷，燃烧后，用方程式表示［3］：

经过理论计算，每燃烧1m3天燃气，产生1.607kg凝结水和1.964 kg CO2；

在同等条件下，1体积甲烷可产生1体积二氧化碳，一立方甲烷可产生1立方二氧化碳。1立方二氧化碳在标准状况下的质量是（1000/22.4）×44 g/mol=1964 g= 1.964 kg。

所以1立方天然气在标准状态下产生二氧化碳的质量：

同时，1立方天然气在标准状态下产生水蒸气的质量：

科研人员对天然气燃烧过程进行了全面的跟踪分析，搞清了天然气腐蚀的发生过程，尾部烟气经过冷凝，其腐蚀性见表3。

表3 锅炉尾部烟气凝结水分析数据［4］

表3试验选择的节能器材质和实验室用挂片均为低合金钢［5］。

由表3可知：

当烟气凝结水温度相同时，pH值越低，腐蚀速度越快；

当烟气凝结水pH值相近时，温度越高，腐蚀速度越快。

2 结论

由上述分析可知，天然气燃烧产生的主要腐蚀介质是产物中的二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物。

同时，天然气燃烧后能够产生大量的水蒸气，在条件合适时能够冷凝产生液态水，而其中的酸性气体都易溶于水中，从而使冷凝水的pH值大幅下降。

酸性介质的水凝结汇集到尾部设备的金属表面，与金属进行接触性腐蚀，腐蚀性质以酸性介质的化学腐蚀为主，少部分吸附在金属表面表现为电化学腐蚀。

3 主要措施

1）改变尾部设备的抗腐蚀性能。如：节能器选用不锈钢材质或采用抗腐蚀性能较好的ND钢，锅炉的烟道采用密封较好，不易吸附水分的保温材料进行内部保温处理，隔绝凝结水与金属的接触。

2）改变尾部设备的安装部位。对于在用的锅炉，可控制排烟温度。使水蒸气不至于快速冷凝在锅炉尾部的附属设备上，同时为节约能源，可把再次换热设备安装在排烟烟筒上。

3）采用高效气相保护药剂。气相保护剂可选择一种在低浓度下能阻止或减缓金属在环境介质中腐蚀的物质，在锅炉的烟气出口采用一定的方式导入，随烟气进入后续设备，由于其较好的水溶性，能够随水蒸气冷凝进入水侧，从而改变冷凝水的pH值到8～9并对金属进行缓蚀保护，该技术已经发展为一项重要的防腐蚀技术，广泛应用在石油、冶金、化工、动力等设备上。根据相关文献查询，采用缓蚀保护技术，能有效防止金属设备的腐蚀，笔者选择该应用做为主攻方向，并在实际应用中取得了相关的数据和经验。

［1］GB/T 13611—2006 城镇燃汽分类和基本特性［S］.

［2］郝景泰，于萍，周英.工业锅炉水处理技术［M］.北京：气象出版社，2000：126-155.

［3］张文勤，郑艳，马宁.有机化学［M］.北京：高等教育出版社，2014：20-25.

［4］GB/T 1576—2008 工业锅炉水质［S］.

［5］TSG G5003—2008 锅炉化学清洗规则［S］.

Reason Analysis and Protection of Heated Surface Metal Corrosion of Tail Flue in the Gas Boiler

Mao Liyan1Zhang Ronghua2
（Xinjiang Uygur Autonomous Region inspection Institute of Special Equipment Urumqi 830011）

Based on analysis of the components of natural gas and tail gas formed after combustion of natural gas， combined with the tail heating surface corrosion and anticorrosion measures issue of our institute， the corrosion gas formation process and potential adopeted anti-corrosion measures are discussed in this paper， which has certain instruction function to the guidance of gas-fired boiler production and technological transformation.

The gas boiler Rear heating surface Tail gas Corrosion Gas phase protection

X933.2

B

1673-257X（2016）09-0059-02

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.09.015

毛丽燕（1960～），女，本科，主任，高级工程师，从事锅炉水（介）质处理检测技术管理工作。

（2016-06-07）