35t/h鍋爐腐蝕原因淺析

查安麗

(新疆化工(集團)哈密堿業有限公司,新疆 哈密 839001)

35t/h鍋爐腐蝕原因淺析

查安麗

(新疆化工(集團)哈密堿業有限公司,新疆 哈密 839001)

通過對35t/h鍋爐的過熱器、對流管、省煤器發生的爆管事故進行綜合分析,重點就鍋爐的汽側腐蝕、水側腐蝕的類別、成因、危害程度等幾個要點進行說明,并對運行管理提出了建議。

鍋爐;過熱器;省煤器;對流管;爆管;腐蝕

我廠有1臺型號UG-35/3.82-M1g鏈條式鍋爐,2007年建成投入運行;3臺型號SHL20-25/ 400-A鏈條式鍋爐,1990年建成投入運行。最近3年來,鍋爐均多次發生省煤器、對流管、過熱器爆管事故,嚴重影響鍋爐的正常運行,影響化工生產正常運行,導致生產負荷波動大,消耗高。

1 原因分析

經對鍋爐各爆管處檢查發現情況如下:對流管、過熱器管外壁有0.3～2mm的不規則條紋,且背火面積灰嚴重,過熱器爆管內壁有0.3～1.3mm厚的沉積物。省煤器部分管內壁有0.3～2mm的點狀腐蝕坑,呈大小不等的“潰瘍”狀態,在管內還存在多量的褐色銹渣。

針對上述情況,筆者進行多次調研和收集資料,經分析,初步認為引起鍋爐省煤器、對流管和過熱器的爆管原因,分別由鍋爐汽側腐蝕和水側腐蝕引起,其中造成汽側腐蝕的主要有:蒸汽帶有的雜質導致鍋爐內金屬表面形成鹽堿沉積物,造成垢下鹽堿腐蝕;溶解在爐水中的氧和二氧化碳氣體使爐管內表面腐蝕減薄;司爐工操作不當,使鍋爐驟冷驟熱,或者負荷波動頻繁,使金屬疲勞腐蝕。幾種造成水側腐蝕的主要原因有:鍋爐給水溶解氧超標造成溶解氧腐蝕、爐水中pH值偏低造成的酸性腐蝕、爐水中pH值偏高造成的堿性腐蝕等。

2 具體原因及防范措施

腐蝕造成了鍋爐內管壁間不同的受熱面結垢程度不同,不僅影響其傳熱效果,降低鍋爐出力,浪費燃料,還發生相互作用加速管束的腐蝕,縮短鍋爐壽命,威脅安全運行,最終釀成事故。以下就腐蝕的原因做簡要闡述及分析,供予我們每位操作者和管理者之間相互交流和借鑒,以實現控制并減少腐蝕,保證鍋爐安全運行之目的。

2.1 沉積物垢下鹽堿腐蝕

當鍋爐內金屬表面附著有水垢時,在其水垢下面會發生嚴重的鹽堿腐蝕。

鍋爐內金屬表面附著的沉積物腐蝕一般主要發生在鍋爐熱負荷較高的部位,如燃燒室附近及爐管的向火側等處。如果腐蝕速度達到1.5～5mm/a時,一般鍋爐運行5000～30000h(208～1250d)就會出現鍋爐管束腐蝕穿孔、裂紋,甚至爆管現象。

一般溫度在大約大于300℃時,鍋爐內金屬表面結晶結構其反應機理如下:

在此狀態下,鍋爐內金屬表面形成的Fe3O4保護膜本身是非常致密的、具有良好的保護性能。如果破壞了此條件,此時鍋爐內金屬表面形成的Fe3O4保護膜就會遭到破壞,就會使鍋爐內金屬表面局部暴露,此時所產生的腐蝕就更集中,更加劇了局部的腐蝕速度。

根據分析,當pH值為10～12時,鍋爐爐水溶液對鍋爐內金屬表面形成的 Fe3O4保護層的破壞腐蝕速度最小,當pH值過低或過高都會使鍋爐內金屬表面形成Fe3O4保護層的破壞腐蝕速度加快。在pH<8時腐蝕加快的原因是 H+起了去極化作用。在pH>13時,腐蝕加快的原因是金屬表面的Fe3O4溶于溶液中而引起的反應,其反應機理如下:

另外,當鍋爐內的金屬表面有沉積物時,由于沉積物的傳熱性差,使得沉積物下的金屬管壁的溫度升高,因而滲透到沉積物下的爐水會發生急劇蒸濃的作用,結果使沉積物下的各種雜質濃度變得很高,其水質會與濃縮前完全不同,鍋爐內金屬表面的腐蝕速度也會加快,這是目前中高壓鍋爐所常見的一種腐蝕形式。

因此,強化鍋爐軟水和鍋爐給水指標的管理,制備合格的鍋爐軟水,保證提供給鍋爐的給水合格,控制好運行中鍋爐爐水中pH值指標在標準要求內波動,做到及時監控及時調控,減少鍋爐內金屬表面沉積物,保證金屬的傳熱性暢通,減少局部管壁溫度升高現象,最大限度的保護鍋爐內金屬表面形成Fe3O4保護層不被破壞,是降低鍋爐腐蝕速度的重要因素,也是提高鍋爐運行周期的關鍵之一。

2.2 游離濃堿及爐管拉應力作用造成苛性脆化

苛性脆化即是晶粒間的腐蝕,又稱晶間腐蝕。一般鍋爐的金屬材質為碳鋼,而碳鋼在堿性的氫氧化鈉的水溶液中會發生應力腐蝕,而應力腐蝕會使金屬本身產生裂紋,從而發生脆性斷裂。

在鍋爐運行中,大多數鍋爐的水冷壁和聯箱等局部區域容易出現游離濃堿,同時又受到拉應力作用,就會產生苛性脆化,形成苛性脆化的主要原因有:

1)當鍋爐水pH值指標超時,鍋爐水中含有超標的Cl-和O2及CO2時,致使蒸汽帶有雜質和水分,其品質降低,隨著鍋爐爐水局部濃縮產生的游離濃堿使水中雜質濃度變得很高,蒸汽帶有的雜質也不斷增多,浸蝕金屬表面的腐蝕性也就加強,造成金屬腐蝕加劇;

2)當爐水中產生局部濃縮現象,使沉積物下的局部區域各種雜質濃度變得很高,其水質會與濃縮前完全不同,腐蝕速度迅速加快;

3)當溶解在爐水中的O2和CO2氣體濃度變得很高時,使鋼板(管)內外表面腐蝕減薄,加之爐管受拉應力作用,產生苛性脆化,強度顯著降低,不能承受額定壓力而破裂;

4)碳鋼在堿性的氫氧化鈉的水溶液中會發生晶間腐蝕,而晶間腐蝕會使金屬本身產生裂紋,從而發生脆性斷裂;

5)金屬中有接近屈服點的應力。

苛性脆化的初期是不易被發現的,但是這種腐蝕進展是非常迅速的,當察覺到裂紋時,金屬的損傷已達到嚴重的程度,輕者造成鍋爐不能使用,重者發生鍋爐爆炸事故。

2.3 司爐工操作不當造成金屬疲勞腐蝕

鍋爐的金屬除了受侵蝕性介質的腐蝕作用外,還經常受方向不同和大小不一的各種外在應力作用而產生裂紋,這種現象稱之為疲勞腐蝕。這些裂紋,有時是穿晶的,有的是晶間的,也有兩種都有的,這是由于各種外在交變應力作用的結果。這種腐蝕主要發生在鍋爐冷熱交變時、鍋爐金屬表面有干濕氣體交變時、鍋爐內由于汽水混合物流速變化時、以及其他情況下產生的交替應力的情況時,這些情況下都會造成金屬疲勞發生腐蝕而造成裂紋。這種腐蝕主要是由于操作過程中不考慮物質屬性,操作大起大落,違規操作造成的。

2.4 給水中溶解氧超標腐蝕

溶解氧腐蝕是一種電化學腐蝕,在腐蝕電池中,鐵的電位總是比氧的還原反應電位低,所以鐵是電池的陽極而遭到腐蝕,反應式如下:

鐵受到溶解氧腐蝕后產生Fe2+,它在水中進行的二次過程為:

由于水中溶解氧腐蝕而形成的二次產物比較疏松,沒有保護性,所以一旦在金屬表面的某個點發生腐蝕,就會持續下去,經過不斷的電化學反應,二次產物層越積越厚,形成潰瘍鼓皰,而鼓皰下面越腐蝕越深,形成陷坑。

溶解氧腐蝕的判別方式:當除去紅色氧化鐵帽時,在穴中暴露有黑色的四氧化三鐵沉積物,則為溶解氧腐蝕;如果穴中沒有黑色的氧化鐵,或穴外無紅色氧化鐵時,則為非溶解氧腐蝕。

隨著給水速度的提高和鍋爐熱負荷的增加,溶解氧腐蝕也隨之加劇。在給水管道和省煤器入口端特別容易受到溶解氧腐蝕,同時含有溶解氧的水進入鍋爐后,大部分的氧氣將閃化進入蒸汽,而在汽包的水線和給水汽包的空間部位產生特定的孔蝕,另外,后爐膛水冷壁也可能有嚴重的局部腐蝕。

溶解氧腐蝕會隨著水中溶解氧的增加和水溫的提高,腐蝕性也就越強,當爐水的pH值小于4或爐水處在強堿環境下腐蝕會加重。當水中含有Cl-時,由于其有破壞保護膜的能力,會促進腐蝕加速。當給水中同時含有O2和CO2時,也會顯著加速腐蝕。因此,保證鍋爐給水的溶解氧指標在合格范圍下線控制,加強鍋爐運行中的管理和操作,堅決禁止向除氧器中添加大量補給水等現象,杜絕溶解氧腐蝕是保證鍋爐延長運行周期的關鍵之一。

雖然公司這幾臺鍋爐都配有除氧器,但由于鍋爐設計時除氧器結構不合理,鍋爐給水中的溶解氧經常出現超標現象,加之在運行中由于管理不到位和操作責任心不強,還時常存在著諸如送入除氧器的蒸汽量調節不及時,溫度調節范圍過于寬泛,除氧器負荷變動過大,間斷性向除氧器中添加大量補給水等現象,至使給水中的溶解氧時常超標而進入鍋爐,因此引起溶解氧腐蝕。

2.5 爐水中的酸性腐蝕

當鍋爐爐水在偏酸性情況下,鍋爐內金屬表面的鐵與酸反應生成鐵離子并釋放出氫氣,同時氫原子與鋼中的碳反應生成CH4使鋼脫碳,會使金屬沿晶界面產生裂縫,當鍋爐壓力在3.5MPa以上時,氫離子會擴散進入金屬而使金屬變脆并導致組織損壞。反應式如下:

酸性腐蝕又稱脆性腐蝕,當鍋爐管束內的向火側已沉積了一層比較致密的沉積物,而且在爐水中有MgCl2和CaCl2類物質,則沉積物下因酸性增強而產生腐蝕。或者有CO2與蒸汽一起流經蒸汽管路時,一部分CO2溶入水中形成 H2CO3而造成酸性腐蝕,腐蝕嚴重時,管壁并未變薄就會爆管,危害性較大。

造成鍋爐酸性腐蝕的原因主要是:酸洗不當造成;水處理樹脂再生異常造成;酸泄入爐水中及爐水中Na+和PO3-4比例偏低均會引起酸性腐蝕。因此,加強鍋爐水質量監控,定期做好酸洗和水處理樹脂再生,定期做好鍋爐水排污是保證避免酸性腐蝕的主要手段。

3 結 語

鍋爐腐蝕的原因錯綜復雜,因此,鍋爐使用單位的每位管理者和運行人員不但要學習鍋爐運行的專業知識,掌握設備情況,熟練操作技能,還要學會透過運行中的一些異常現象及時判斷鍋爐腐蝕的原因。結合鍋爐設計和運行工況,預防各種腐蝕的發生。

1)要加強鍋爐給水和爐水水質的質量監督,保證合格的鍋爐給水和爐水,杜絕不合格的鍋爐給水進入鍋爐。

2)加強爐水堿度、酸度的控制與調節,保證爐水pH指標在鍋爐要求控制指標范圍內,定期做好酸洗和水處理樹脂再生,定期做好鍋爐水排污。

3)要認真加強鍋爐給水溶解氧控制,保證達到鍋爐使用標準要求,堅決禁止向除氧器中添加大量補給水等現象。

4)要做好爐水中的腐蝕性成分分析,及時發現問題及時解決。

5)加強司爐工的責任心教育,強化操作技能管理,堅決禁止鍋爐驟冷驟熱,或者負荷波動頻繁,杜絕嚴重缺水現象發生。

6)加強蒸汽壓力、流量及溫度變化的監控,嚴禁流量變化頻繁,杜絕給水溫度過低現象。

7)從金屬材料屬性等多方面入手,及時發現問題并采取行之有效的防治措施,杜絕突發現象的發生,才能確保鍋爐的安全、穩定、經濟運行。

TK223.3

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1005-8370(2011)04-20-03

2011-02-15

查安麗(1962—),1999年畢業于北京機械工業學院;工程師;現任新疆化工(集團)哈密堿業有限公司質量環保部部長。