蒸汽锅炉氧腐蚀的原因及预防措施研究

张震

（江苏大屯电力工程有限责任公司，江苏 徐州 221000）

1 锅炉氧腐蚀现状及机理和特征

1.1 锅炉氧腐蚀现状

随着我国工业产业及制造业的高速发展，蒸汽锅炉的应用也在迅速增加，从每年的定期检验情况看，由于除氧效果不佳，对锅炉的使用不合理，或者锅炉本身存在结构性缺点，同时蒸汽锅炉的保养意识淡薄，保养不及时等原因，蒸汽锅炉并不能很好地控制水、氧指标，导致锅炉受力部件的氧腐蚀现象很严重；据统计，不同程度的氧腐蚀锅炉台数约占总数的10%。其中，腐蚀程度较轻的锅炉也会产生部件厚度削减，造成受力不均，不同程度地减少了寿命，腐蚀程度严重的锅炉则会出现部件完全损坏，或者难以满足使用标准，需要修理或报废，更严重者达到了临界爆炸的状态，造成了巨大的安全隐患。以下为部分典型例子：（1）某项目部运维1 台15T(WNS15-1.25-Y.Q)甲醇蒸汽工业锅炉省煤器下集箱(φ159×6mm)底部，在停炉检验时发现有多处大约φ5mm 的溃疡腐蚀，经铲除腐蚀物，发现剩余壁厚仅1.2mm，同时供水管路存在不同程度的氧腐蚀问题，管路溃疡腐蚀造成供水管路泄漏，被迫停炉抢修。（2）某煤矿供暖用锅炉SHFS20-1.25-NJ 煤泥浆流化悬浮洁净燃烧锅炉，刚运行六年，因氧腐蚀问题，锅筒内壁、埋管内部大面积溃疡腐蚀，甚至深度达3.0mm，锅内胀接管端溃疡腐蚀，管头剩余厚度仅0.7m，锅炉只能降压运行，无法满足要求，有的甚至达到使用寿命的极点，临近爆炸，十分的危险，这不仅让蒸汽锅炉的使用寿命和使用效率大打折扣，而且锅炉的不安全运行轻则影响生产，造成经济损失，重则影响人们的生命安全。（3）某甲醇锅炉除氧器为蒸汽加热，理论加热温度达到105℃为最佳除氧效果。除氧器采用两台除氧泵断续进行蓄水自动控制下限500mm 除氧泵启动，上限为800mm除氧泵停止。除氧器加热采用蒸汽加热使用电动减压阀自动控制，除氧器内压力设计压力为20kPa。使用方蒸汽使用量不稳定导致锅炉进水量也会随之发生波动，进水量过大时，则除氧器未能对锅炉给水进行充分加热除氧，未完全除氧的给水使省煤器和给水管道产生氧腐蚀。如除氧器正在蓄水时（蓄水温度为30℃左右，则除氧器内整体温度会随之下降），此时给水泵由给水电动阀自动控制锅筒水位线低于60%则自动上水。则除氧器加热温度始终难以提高，插入锅筒内的给水管路因氧腐蚀发生溃疡穿孔破损，锅筒内蒸汽通过溃疡穿孔处反窜给水管道与进水产生汽水共腾，造成供水管路产生强烈水击现象，存在很大的安全隐患。

1.2 氧腐蚀机理与特性

从机理的角度来分析，锅炉常见的腐蚀通常分为两种，分别为化学腐蚀和电化学腐蚀。通常来说，化学腐蚀不会伴随电流，而电化学腐蚀顾名思义，在腐蚀产生时会伴有电流。就电化学腐蚀发生的部位来说，其在锅炉的烟气侧发生的频率较低，在锅炉的水侧发生频率较高。而氧腐蚀则是一种典型的电化学腐蚀，其主要发生原因为：由于锅炉用水虽然是一种弱电解质，但仍然具有一定的极性，因此，在其极性的作用下，锅炉金属中与水接触的部分会逐渐丢失一些铁原子进入水中，变为带正电的铁离子，而金属表面则留下负电荷，随着金属表面丢失的铁离子越来越多，会逐渐产生坑洞或变薄，长期以往则会造成穿孔，最终形成严重的电化学腐蚀。锅炉水中的氧具有去极化作用，因此，会使电化学腐蚀的速度增加。经实践表明，电化学腐蚀的强度与含氧量具有线性正比关系，因此，如何降低锅炉水中的含氧量是减少电化学腐蚀的关键。

2 氧腐蚀的主要因素

2.1 水中溶解氧

锅炉的使用过程中，因锅水中含有溶解氧，水里溶解的氧气没有被除掉而直接进入锅炉中，那么水中溶解的氧气就会引起以电化学方式进行的氧腐蚀现象。蒸汽锅炉因为供汽量很大，就需要大量的水来达到要求，一旦进入锅炉的水，没有经过除氧的过程，那么就会发生腐蚀现象，而且随着补水量的加大，腐蚀问题也会随之加重。在日常的使用中，这类的腐蚀问题是最普遍的。

2.2 锅水的pH 值

水的pH 值是引发腐蚀问题的重要原因之一；酸碱值越低，那么产生腐蚀问题的概率就越大，反之，酸碱值越高，产生腐蚀问题的可能性就越小，而当酸碱值在9.5 ～10 时，腐蚀现象就基本上不存在了，当酸碱值接近12 的时候，腐蚀就基本停止了。

2.3 水的温度

水的温度是影响腐蚀强度的关键因素之一，从化学动力学的角度来分析，如果水的温度变高，那么铁离子的扩散速度也会变的越快，同时温度还会降低锅炉水的电阻，两项因素相加，会大幅度地提升氧腐蚀速度。对低压锅炉来说，其汽水系统的加热属于开式系统，所以，当温度升高时，部分氧气被除去，这样，腐蚀速度与水的加热温度就必然出现一种先上升，到一定程度后再下降的关系，实验数据表明，温度在65 ～70℃时，氧腐蚀速度最快。对于局部腐蚀来说，前苏联全苏热工研究所实验室的研究结果表明，随着水温的升高，局部腐蚀的程度和速度明显提高，当水温处于90 ～100℃时，局部腐蚀的速度最快。

2.4 水流速度

当锅炉中水的流速过大时，会对接触面的进度造成物理冲击，造成冲击腐蚀，同时还会加剧铁离子的流失速度，使氧腐蚀的速度增加，因此水的流速也是影响氧腐蚀速度的因素之一。

2.5 环境因素

受客观条件的影响，锅炉的使用环境通常较为恶劣，由于锅炉外部环境中不可避免的带有大量灰尘等物质，使锅炉的表面长期受到冲击或磨损，进而会造成表面材质的厚度不一致，同时锅炉在使用时，由于其内部压力和热胀冷缩的作用，导致不同的部件会长期受到一定的附加力，长期的使用会造成这些部件的形变，并且这种附加力会随着符合和燃烧的变化而变化，久而久之，会使得不少受压器件产生疲劳磨损；当受热面缺水、结水柜或者水循环破坏时，会使依靠其内部循环流动的水汽来冷却的受热面传热发生恶化，造成高温区受热面变形、鼓包、裂纹。

3 防止氧腐蚀对策

3.1 减少水中的溶解氧

为了保证锅炉的使用寿命，减少腐蚀发生的可能性，在使用的过程中，除去水中的溶解氧是必要的，通常使用除氧水，用除氧水来出去溶解在水中的氧气。在温度的作用下，水温的升高使得水蒸气的压力加大，溶解的氧气的压力就减小了，氧气就会排出，如果水温加热到104℃时，水中的氧气就基本上被清除干净了。去除了氧气的水进入蒸汽锅炉中，就不会对锅炉的零部件产生腐蚀，有效地解决了水中的溶解氧对锅炉零部件的腐蚀。此外，还可以使用电化学除氧：外电源负极连接电解槽阴极，正极连接电解槽阳极，水通过电解槽时，溶解于水中的氧气减少并在电解槽阴极上消除。电化学除氧器具有以下特点：设备简单、使用方便、操作成本低，但除氧效率相对较低。在正常操作过程中，氧气含量只能降低到0.1 毫克/升，因此只适用于低压锅炉的供氧。

3.2 监控锅炉内部酸碱值

如果蒸汽锅炉周围的环境，气候很湿润，温度又相对较高的话，氧气会很快地腐蚀蒸汽锅炉零部件，如果遭遇酸性物质，就会加速腐蚀，所以监控蒸汽锅炉内部的酸碱值是十分有必要的，及时控制蒸汽锅炉内部的酸碱值能够及时地控制锅炉的腐蚀问题，在实际的生产和生活中是不可缺少的。

3.3 控制水流速度

控制蒸汽锅炉中的水流速度也是十分重要的。在实※际的使用中，锅炉内部的水流循环要保持一定的流速，不能过快或者过慢，要将分解出的氧气及时地通过水流带走，防止氧气腐蚀蒸汽锅炉。

3.4 蒸汽锅炉日常维修与保养

及时地进行保养是防止锅炉腐蚀最有效的方法，所以要采取短期保湿，长期保干相结合的保养方法。具体来说，养护方法如下：蒸汽锅炉的用水要经过处理，达到水质要求才能进入锅炉，这样做能够有效地延长锅炉使用的寿命，保证锅炉的正常运行；要定期地检查水位，切断装置也要及时地检查和保养，水位控制的仪器每个月都要进行清洗，水位表每天都要清洗；蒸汽锅炉内的水要定期将污水排除，在锅炉的运行过程中，每天都要进行污水排除工作，同时检查是否有锅炉泄漏的问题，及时发现，及时处理；如果蒸汽锅炉停止使用，蒸汽压力消失时，再次使用要先打开总气阀调节压力，而不能直接进行再次使用；蒸汽锅炉的烟管如果堆积灰尘就会使锅炉内温度上升，降低使用效率，增加燃料的消耗，因此，在蒸汽锅炉的使用过程中，除灰也是要经常进行的；蒸汽锅炉都配有安全阀，但是需要人工开启和关闭，为了蒸汽锅炉使用的安全，每个月都要开启安全阀进行检查试验，保证压力正确，排放通道通畅；蒸汽锅炉内的用水温度最好接近锅炉本身的温度，20℃以上为宜。

3.5 其他防腐蚀措施

在蒸汽锅炉的实际使用中，要做到以下几个方面：（1）要充分发挥除氧器的作用，最大化地减少水中的氧气。（2）保证系统无泄漏，这样能够减少用水量，将补水的速度控制在系统循环水量的0.5%以内是最合适的。（3）在蒸汽锅炉内部的循环系统中放置有效的排气装置。（4）定时定点地进行排污工作，保证进入蒸汽锅炉的水质达到使用标准。如需保养，要停炉进行保修锅炉的使用过程中，如果出现停炉、腐蚀性的问题，就应该及时地停炉保养。

4 结语

蒸汽锅炉能否正常地使用和运行，关系到锅炉使用中的安全性和经济性，全面地掌握蒸汽锅炉的使用方法和保养程序，不仅能保证蒸汽锅炉作用的最大程度的发挥，同时还能保证锅炉使用中的安全，延长锅炉的使用寿命。这就要求在蒸汽锅炉的人员的选拔方面要严格把关，必须有相关部门颁发的操作证，同时制定符合规范的锅炉操作流程，保证生产和生活的安全，促进经济的发展和人民生活水平的提高。蒸汽锅炉能否正常地使用和运行，关系到锅炉使用中的安全性和经济性，全面地掌握蒸汽锅炉的使用方法和保养程序，不仅能保证蒸汽锅炉作用的最大程度的发挥，同时还能保证锅炉使用中的安全，延长锅炉的使用寿命。这就要求在蒸汽锅炉的人员的选拔方面要严格把关，必须有相关部门颁发的操作证，同时制定符合规范的锅炉操作流程，保证生产和生活的安全，促进经济的发展和人民生活水平的提高。