论锅炉本体的腐蚀机理及防护

陈群

摘要：在人们的日常生活中，锅炉在工业生产领域起着不可替代的作用。锅炉的科学合理使用关系到人民生活和经济发展的诸多领域。因此，锅炉的安全性越来越受到重视。如果锅炉使用不当，后果不堪设想。随着使用时间的积累，炉体腐蚀加剧，会导致炉体内壁厚度减小，存在安全隐患。本文将从工业锅炉的使用和维护现状出发，分析工业锅炉的腐蚀机理，探讨提高防护水平的有效措施。

关键词：锅炉本体;腐蚀机理;防护

锅炉在长期使用中，如果清洗措施不当，会增加锅炉的安全隐患。锅炉本体发生腐蚀时，会严重影响锅炉的正常使用，而工业锅炉在使用中存在的问题也极为严重。工业锅炉的防腐措施主要是从炉内和炉外两方面进行。

1     工业锅炉本体腐蚀的基本类型和机理

根据工业锅炉腐蚀的常见形式，可分为内腐蚀和外腐蚀。锅炉内部腐蚀的原因很多，如蒸汽腐蚀、应力腐蚀、碱腐蚀和氧腐蚀。内腐蚀形式为多重腐蚀叠加。外腐蚀的原因比较简单。其主要原因是锅炉长期处于高温环境中，与周围的氧气发生反应，导致金属材料的氧化腐蚀。

就工业锅炉本体的腐蚀机理而言，按腐蚀原因可分为电化学腐蚀和化学腐蚀。电化学腐蚀主要是指工业锅炉在使用过程中，受电化学影响的外部介质和金属材料的变化。在这个过程中，锅炉本体会受到腐蚀。化学腐蚀主要是指工业锅炉在使用过程中，外部介质和金属材料的变化。

2     工业锅炉本体的外部腐蚀

2.1  工业锅炉外部高温腐蚀

在工业锅炉的外部腐蚀中，高温腐蚀是最重要的。高温腐蚀反应过程非常复杂。这种现象是由于锅炉内部金属表面与高温烟气相互作用引起的。根据目前工业锅炉高温腐蚀的研究现状可知，一般热负荷较高的区域，即壁温相对较高的区域，通常更容易发生高温腐蚀。其他区域的高温腐蚀较弱，甚至没有发生高温腐蚀。

2.1.1      硫酸盐型高温腐蚀

国内外学者对腐蚀性锅炉的积灰进行了分析，发现灰垢中含有大量的金属元素和硫元素。对这些元素的分析表明，它们大多以复合硫酸盐的形式存在。在这种现象中，学者们普遍认为锅炉内的物料在燃烧过程中会形成金属氧化物，而氧化物会与三氧化硫反应生成碱金属硫酸盐。因此，锅炉灰渣层温度分布不均匀，会产生温度梯度和温差。受温度梯度的影响，汽化的碱金属会扩散到较低的温度位置，沉积在水冷壁管内。随着时间的推移，沉积量会逐渐增加，最终导致灰层中的温度和梯度升高，使沉积物扩散到管道表面，并在金属第二表面的灰层中形成更多的硫酸盐。

2.1.2      氯化物型高温腐蚀

由于氯化钠的蒸发点和熔点远低于火焰温度，会在短时间内汽化，与三氧化硫等物质反应生成氯化氢。氯化氢的性质比较特殊，腐蚀性比较强。锅炉表面金属若长期暴露在氯化氢环境中，腐蚀严重，将引起锅炉安全隐患的升级，加速工业锅炉的高温腐蚀。

2.1.3      硫化物型高温腐蚀

在还原性和氧化性环境的影响下，锅炉将发生硫化物型高温腐蚀。锅炉金属材料受元素硫和硫化氢的影响，会发生严重的氧化还原反应和腐蚀。硫化物型高温腐蚀是最常见的腐蚀现象，它是由于燃油中含有较多的硫元素，当暴露在高温下时，会释放和扩散。

2.2  工业锅炉低温腐蚀

工业锅炉的低温腐蚀在一定程度上可以称为烟气腐蚀。在长期的低温环境中，对锅炉造成腐蚀，这种腐蚀大部分是由尾部通道内的烟气形成的。主要是由于氢、钒、硫等金属损伤造成的常见表面现象是穿孔，以及局部沉陷或斑点。原因是煤中含有硫，燃烧后会释放出二氧化硫。当锅炉尾部温度下降时，钒、铁催化二氧化硫再氧化，生成的三氧化硫与水蒸气结合生成硫酸蒸汽，提高锅炉内烟气的露点。当锅炉尾部温度较低时，炉壁温度也会低于露点温度。硫酸蒸汽凝结迅速，形成小液滴，凝结在管壁上，引起金属材料的酸腐蚀。

3     锅炉本体的内部腐蚀现象

3.1  锅炉的应力腐蚀

在锅炉内部腐蚀中，最常见的腐蚀是应力腐蚀。据有关资料显示，普通金属材料锅炉存在应力腐蚀。应力腐蚀是指当有拉应力时，金属被破坏，从而损坏内部材料。它具有强拉应力破坏和不可恢复的特点。如果发生这种损伤，需要迅速处理。在工业锅炉使用过程中，锅炉最常见的应力腐蚀机理可分为氢致开裂和阳极溶解两种。制造工业锅炉的金属在腐蚀介质和应力的双重作用下，腐蚀和破坏金属表面的氧化膜，在金属表面形成无腐蚀区和腐蚀区，金属表面呈现阴极和阳极。在这个位置上，溶解的离子形成阴极，形成离子流。由于腐蚀阳极面积的减小，阳极会产生大电流、二次腐蚀和表面损伤。

3.2  氧腐蚀

锅炉蒸汽中含有大量的水。在高温环境中，水蒸气不断与锅炉发生反应，水中的氧分子与铁发生反应，形成氧腐蚀。氧分子氧化金属也是一种腐蚀方式，属于电化学腐蚀。铁的氧化会产生电池的正负极。

3.3  垢下腐蚀

高压锅炉垢下腐蚀是最常见的局部腐蚀。锅炉内的材料中含有大量的钙镁。除常见的钙镁垢外，还有少量的铜垢和氧化铁垢。当锅炉金属表面有水垢时，金属的导热系数会降低，水垢以下金属的温度必然会逐渐升高。在水垢之间的缝隙中，会有水通过这些缝隙进入缝隙，当温度升高时，会增加渗水的浓度。高浓度的盐水会加剧金属的腐蚀。将锅炉水的pH值控制在9～11，可避免这种腐蚀。

4     防护锅炉腐蚀措施

为防止锅炉腐蚀，应将设计阶段、管理阶段和运行阶段有机地结合起来。在锅炉设计阶段，要綜合考虑可能的腐蚀影响，预测腐蚀的不利后果，尽量减少锅炉的应力腐蚀和垢下腐蚀。如果设计合理，将尽量避免锅炉腐蚀。

在锅炉运行阶段，防止锅炉腐蚀的主要措施是控制进料。当材料进入锅炉时，如果结垢物较多，锅炉发生腐蚀的可能性很大。为了尽可能避免锅炉腐蚀，必须控制材料中碳酸盐、钙、镁离子的含量，以减少锅炉结垢和游离二氧化碳腐蚀对锅炉的影响。另外，要严格控制pH值和含盐量，尽量减少电化学腐蚀现象。条件允许时，可适当添加阻垢缓蚀剂，进一步防止腐蚀。

在锅炉管理过程中，应按规定做好维护和防腐工作，定期停炉，确保保护工作的有效性。如果要彻底清理锅炉表面和内部烟道内的沉淀物，保证锅炉干燥，也可以采取刷防腐漆的措施。

5总结

人们的生活和工作都与锅炉息息相关，对于锅炉本体的腐蚀机理进行研究，可以帮助锅炉设计人员和管理人员更好地认识和使用锅炉，通过合理的措施提高锅炉的安全性能。在使用锅炉时，腐蚀现象最为常见，但是却很少有人关注锅炉被腐蚀而造成的伤害，也更少有人会采取有效措施未雨绸缪。总而言之，做好防护锅炉腐蚀工作势在必行。

参考文献：

[1]   陈衡，潘佩媛，赵钦新，等.燃煤工业锅炉黏性积灰和露点腐蚀耦合机理[J].化工学报，2017（12）：1-2.

[2]   李汝萍，齐晓娟，童家麟.某600MW锅炉高温腐蚀和烟温偏差控制的数值模拟研究[J].热能动力工程，2018（9）：50-57.

[3]   万中平，刘基昌，毛晓飞.贴壁风对300MW四角切圆锅炉高温腐蚀特性影响的数值模拟[J].动力工程学报，2018（8）：601-609.