工业锅炉本体的腐蚀机理与防护措施

陈才贵++周井祝

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.22.103

摘 要：锅炉与工业生产和实际生活都有着紧密的联系，锅炉的使用涉及到社会生活的方方面面。因此，锅炉的安全使用问题越来越受到使用方的重视，一旦发生事故后果不容想象。锅炉的本体腐蚀会使得锅炉的壁厚减小，从而导致较大的安全隐患。该文主要介绍了锅炉腐蚀的几个常见机理并在此基础上给出了一些常用的锅炉腐蚀的防护措施。

关键词：锅炉腐蚀 锅炉本体 防护

中图分类号：TF09 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）08（a）-0103-02

1 锅炉本体的腐蚀类型及机理

锅炉本体的腐蚀，从它的腐蚀形式上来划分的话，可以分为外腐蚀和内腐蚀。外部腐蚀主要是由于锅炉本体高温氧化而造成金属材料外表面的腐蚀；内腐蚀的话，情况就比较多，造成内部发生腐蚀的可以是蒸汽腐蚀、碱腐蚀、氧腐蚀、应力腐蚀等等多种情况，内腐蚀也往往是多种腐蚀情形的叠加，而非单种腐蚀的作用。就机理而言，锅炉本体的腐蚀则又可以被分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类。化学腐蚀指的是锅炉的金属材料和外部介质直接发生化学作用而引起的腐蚀。电化学腐蚀则指的是锅炉金属材料和外部介質发生了电化学变化，在这个电化学变化的过程当中而导致了锅炉本体的腐蚀。接下来的内容主要通过外腐蚀和内腐蚀对锅炉本体的腐蚀展开阐述。

2 锅炉本体的外腐蚀

2.1 高温腐蚀

高温腐蚀是锅炉外腐蚀中的一大因素，它是锅炉内高温烟气与锅炉材料金属表面相互作用的一个较繁琐复杂的反应过程，根据它的反应机理主要可以归纳成3个大类：硫化物（FeS2、H2S）型腐蚀、硫酸盐型腐蚀和氯化物型腐蚀。根据目前的研究调查发现，通常在局部热负荷比较高的区域，也就是管壁温度较高的区域，就比如说燃烧器区域附近相比于其他区域而言更容易发生高温腐蚀。其他区域的高温腐蚀明显减弱或者基本不发生高温腐蚀。

2.1.1 硫酸盐型高温腐蚀

国内外的学者通过调查对部分腐蚀锅炉的积灰进行分析，发现积灰中含有大量的硫元素和金属元素，通过元素分析之后发现，它们大多以复合硫酸盐的形式存在，例如硫酸盐、焦硫酸盐和三硫酸铁钠等。对此种现象大家普遍的说法便是，锅炉中燃烧的物质所产生的金属氧化物会与三氧化硫发生反应并且反应生成的是气态的碱金属硫酸盐，由此锅炉内部的温度分布并不均匀，会产生一定的温度差和温度梯度，那么在这种温度梯度的作用下，气态的碱金属硫酸盐会朝着较冷的区域进行扩散，最终会沉积在水冷壁管。随着时间的推移，沉积越来越厚，导致灰层中的温度升高，梯度升高，从而使得沉积物沿着温度梯度向管子的表面扩散。最终的结果是使得金属表面的灰中含有较多的硫酸盐。

2.1.2 氯化物型高温腐蚀

煤炭中都会含有一定量的氯化钠，由于氯化钠的熔点和蒸发点都远低于锅炉中的火焰温度，所含有的氯化钠进入锅炉之中将会迅速汽化，这汽化之后的氯化钠气体非常容易和水、二氧化硫、三氧化硫等物质发生反应而生成氯化氢。氯化氢是具有较强腐蚀性的，会对锅炉表面金属产生较大的腐蚀，从而加速了锅炉的高温腐蚀。

2.1.3 硫化物型高温腐蚀

硫化物型的高温腐蚀，是在氧化性和还原性两种气氛下发生的，主要在硫化氢和单质硫的作用下，使得金属材料与其发生氧化还原反应，从而发生了腐蚀。这种高温腐蚀也是较为常见的，因为煤炭中含有较多的硫元素，在高温情况下，这种氧化还原反应比较容易发生，从而引发较大的腐蚀。

2.2 低温腐蚀

低温腐蚀，在一定程度上也可称之为烟气腐蚀，因为在低温状态下造成的腐蚀，基本上都是锅炉尾道内的烟气所造成的。主要是由于硫、钒、氧、氢等所引起的金属损伤，看得到的表现形式为穿孔，局部下凹或者是呈现出斑点状。这主要是由于煤炭中含有一定量的硫，燃烧之后便有个SO2气体的存在，由于尾部的温度较低，生成的二氧化硫在铁和钒等的催化作用下会再次氧化而生成SO3，SO3又极易与水蒸气结合生成硫酸蒸汽。这个硫酸蒸汽的存在会使得锅炉内的整个烟气的露点明显有所提升，而锅炉尾部的温度并不高，一般情况下壁温会低于这个升高后的新的露点。那么硫酸蒸汽便会凝结成为硫酸小液滴，凝结附着管壁之上，这便就造成了硫酸对锅炉金属材料的酸性腐蚀。

3 锅炉本体的内部腐蚀

3.1 应力腐蚀

应力腐蚀是锅炉内部腐蚀中最为常见的，一般的金属材料内部都会出现这种应力腐蚀。应力腐蚀指的是在拉应力存在的作用之下，金属在介质中所导致的破坏，这种破坏是对材料内部的破坏，其破坏力是极其强悍的、不可复原的，一旦发生这种腐蚀的话，是需要紧急处理的。

常见的应力腐蚀机理认为，应力的腐蚀可以分为两种，一种是阳极溶解，一种是氢致开裂。锅炉的金属材料在应力和腐蚀介质的共同作用下，金属表面的氧化膜会遭到破坏和腐蚀，这就导致了金属表面会形成腐蚀区域和未腐蚀区域，那么这就使得表面呈现出阳极和阴极。阳极处的金属灰溶解成为离子流向阴极，由离子的移动变化便会产生电流。因为腐蚀的阳极面积会明显小得多的多，阳极会有较大的电流，会对表面造成二次破坏和腐蚀，因此在金属表面形成了裂纹。

3.2 氧腐蚀

由于锅炉蒸汽中含有大量的水，水蒸汽一直在高温下与锅炉壁进行反应，水中的氧会与铁产生化学反应，从而会形成氧腐蚀。水中溶解的氧分子对于金属的腐蚀是是与一种电化学腐蚀，铁氧会形成电池的阴阳两级。又由于铁的电极电位总是比氧的电极电位低，所以在铁氧电池中，铁是阳极，遭到腐蚀。

3.3 垢下腐蚀

垢下腐蚀是高压锅炉的一种常见的局部腐蚀现象，由于锅炉内的物料含有钙镁等物质，这些物质可以在锅炉受热的金属内表面形成水垢。水垢的成分有很多，除了常见的钙镁水垢，硅酸盐水垢以外，还有部分的氧化铁垢和铜垢等。当锅炉金属材料表面形成水垢之后，锅炉这部分金属的导热性会变差，水垢下面的金属温度势必会升高。由于水垢会有一些缝隙，总会有水渗入这些缝隙中来，由于这里局部的温度会有所升高则使得渗入的水浓缩而导致浓度加大，这种高浓度的盐水在一定程度上便会加快金属材料的腐蚀。但是如果锅炉内水的pH可以控制在9～11之间，那么便基本不会发生此类腐蚀。

4 锅炉腐蚀的防护

对于锅炉腐蚀的防护，在设计、管理以及运行阶段均需要进行。在设计阶段的时候，要充分考虑到锅炉可能遭受到的腐蚀作用，再最大限度下地防止锅炉的应力腐蚀以及垢下腐蚀等，合理的设计可以在源头减少锅炉所受到的腐蚀作用。

在锅炉的运行阶段，对于锅炉腐蚀的防护主要体现在对进料的控制，进入锅炉的物料中若含有较多的结垢物质势必会造成锅炉的腐蚀，要降低物料中的钙镁离子和碳酸盐的含量，以此来减少锅炉的结垢和游离的二氧化碳对锅炉的腐蚀。还需要控制含盐量和pH值等指标，以此来减少可能发生的电化学腐蚀，情况允许的状况下还可以采取加入一定量的阻垢缓蚀剂来防止腐蚀的发生。

对于锅炉的管理过程中，应当做好停用锅炉的防腐保养工作，以保证防护的有效性。要彻底清理表面和烟道里的沉淀物，保持锅炉本体外部干燥，还可以采取在锅炉外表面粉刷防腐漆的措施来进行防腐。

5 结语

锅炉与人们的实际生活息息相关，研究好锅炉本体的腐蚀机理可以更有效地帮助人们去采取相对应的措施进行腐蚀的防护。锅炉的腐蚀十分常见，但是更需要人们的关注来减少锅炉的腐蚀伤害，以此来杜绝锅炉事故的发生。总而言之，锅炉本体的防护势在必行，是安全生产生活的重要条件，任何人都不能有丝毫的疏忽。

参考文献

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