基于氧腐蝕的熱水鍋爐停爐保養分析

河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院 劉建平 于建華 陳衛民 孫新偉

基于氧腐蝕的熱水鍋爐停爐保養分析

河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院 劉建平 于建華 陳衛民 孫新偉

隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，熱水鍋爐使用的數量日益增多。在日常的熱水鍋爐內部腐蝕防護方面，我們往往將防護工作的重點放在鍋爐的運行期，忽略了鍋爐停爐期內部腐蝕問題，殊不知熱水鍋爐停爐期內部腐蝕問題也相當嚴重。由于熱水鍋爐一旦發生事故，將嚴重危及人的生命和財產的安全。因此，我國長期以來把熱水鍋爐作為特種設備，實施嚴格的安全監管制度。

熱水鍋爐是北方冬季的采暖設備，每年大約3月中下旬至11月中旬是鍋爐停爐保養時間，在停爐期間按照《鍋爐定期檢驗規則》進行檢驗。在定期檢驗中發現，許多用戶對熱水鍋爐維護保養不夠重視。如有的鍋爐停爐后不做保養，有的雖然進行了保養，但保養方法不適當，造成鍋爐內表面產生腐蝕。且熱水鍋爐停爐期間的腐蝕在很大程度上比運行時產生的腐蝕嚴重得多，因此必須加強熱水鍋爐的停爐保養。

本文，筆者首先介紹了氧腐蝕機理，然后通過對氧腐蝕機理的分析，詳細制定了干保養和濕保養兩套方案，對某單位3臺同一型號的熱水鍋爐分別采用不同的保養方案。結果表明在不同的保養方法下，沒有采取任何保養措施的熱水鍋爐氧腐蝕嚴重，采用干法保養的熱水鍋爐效果要好于采用濕法保養的熱水鍋爐。對方案的比較和研究可以為熱水鍋爐停爐保養分析提供依據，同時也為特種設備安全和鍋爐經濟運行提供了保證。

一、鍋爐氧腐蝕機理

從目前的鍋爐定檢情況分析，絕大多數的腐蝕屬于有氧腐蝕的范疇。因為氧是一種去極化劑，所以當有氧存在時，加快了電化學腐蝕的速度，在潮濕的環境中產生腐蝕電池，其反應機理如下：

陽極：Fe→Fe2++2e

陰極：（1/2）O2+H2O+2e→2OH

Fe2++2OH－→Fe（OH）2

鍋爐內水汽與鐵反應可在表面生成Fe（OH）2的保護膜，對鐵進行了保護，但在過量氧存在條件下：

2Fe（OH）2+（1/2）O2+H2O→2Fe（OH）3（鐵銹）

Fe（OH）2進一步氧化成疏松的Fe（OH）3沉淀物，Fe（OH）3的沉淀，使陽極范圍Fe2+的濃度顯著降低，即O2促使陽極的鐵離子轉入水溶液中，加速了腐蝕的進程。生成的Fe（OH）2和Fe（OH）3，還會進一步反應：

Fe（OH）2+2Fe（OH）3→Fe3O4（黑色）+4H2O

在鍋爐運行時Fe（OH）3和Fe3O4將成為氧的代用品，是腐蝕電池的陰極去極化劑，其反應式如下：

Fe（OH）3+e→Fe（OH）2+OH

Fe3O4+e+H2O→3FeO+2OH－

鐵在此基礎上繼續發生腐蝕，結果高價鐵發生了還原反應，生成低價氧化鐵，當鍋爐再次停用時，已還原的鐵銹又會重新氧化成為高價氧化鐵，并且根據鐵銹下的充氧濃度不同而產生強烈的濃差腐蝕，使氧化鐵大量增加。隨著鍋爐的交替運行和停用，腐蝕過程也隨之惡性循環，從而造成受壓部件的嚴重腐蝕。另外，鐵受到氧腐蝕后，雖然能在金屬表面形成一層保護膜，減少了腐蝕核心的數目，但每一個核心地區的腐蝕速度卻大大增加了，腐蝕的破壞程度將更為劇烈。

二、基于鍋爐氧腐蝕的實證分析

從鍋爐氧腐蝕機理分析，可以得出如下結論：在鍋爐停用期間，要想減少鍋爐氧腐蝕，必須控制鍋爐內部的氧氣或水分，也就是常說的濕法保養和干法保養。

某單位有3臺同一型號的熱水鍋爐，編號為1#、2#和3#，型號為SZL7—1.0/115/70—AⅡ，作為冬季供暖使用，停用期為每年3月中旬到11月中旬，由于3#爐作為備用爐，使用次數不多，兩年未進行停爐保養，我們從2009年跟蹤了兩個停爐期，3臺初始狀況基本相同，分別采用濕法保養和干法保養，如表1所示。

表1 方法選擇機理

根據實際情況，分別對1#爐濕法保養和2#爐干法保養制定了具體步驟。

1.1#爐濕法保養的具體步驟。按4kg/m3NaOH+1kg/m3Na3PO4的濃度配置適量堿液（要用軟化水），用泵送入鍋筒內部直至頂部的排氣閥出水，關閉排氣閥后，升壓至0.05~0.1MPa停止。這樣，可以保證鍋爐內部的氧氣完全排出。當表壓低于0.01MPa時，應及時補充堿液，以防止氧氣的進入。另外，還需定期測量堿液的pH值，應保持在10～12之間，當pH值低于10時，要補充堿液，以保證金屬表面的鈍化，造成陽極極化，從而達到保護鍋爐防止腐蝕的目的。

2.2#爐干法保養的具體步驟。停爐前必須煮爐，以清除金屬表面的水垢和腐蝕產物。停爐后打開入孔，清除堆積在鍋筒集箱底部的垢渣、銹渣等污物。用少量木柴細火烘爐（主要是烘干鍋爐內部的水分），至人孔處向外溢出的熱氣減少為止。此步驟亦可采用熱爐放水法，其操作方法為：當爐內水溫降至70~80℃，爐膛內溫度降至100℃以下時放水，然后依次打開排氣閥、人孔，這樣就可以利用鍋爐的余溫烘干內部的水分。鍋爐內部加入干燥劑。現在使用最多的干燥劑為硅膠，從人孔、爐門分別放入到鍋筒和爐膛內部，然后關閉人孔、爐門。閥門必須密封。在實際操作過程中，人孔的拆裝極不方便，可采用在人孔圈處涂抹一層黃油，然后用塑料紙貼封的方法，這樣可以方便地更換干燥劑，也降低了管理人員的勞動強度。1個月后檢查硅膠，是否吸潮，如果吸潮，則需要更換硅膠后重新密封，以后的檢查，周期適當延長。

另外，在放置硅膠的過程中，可按1~2支/m3的比例在鍋筒內放入點燃的蠟燭，這樣在密封后，蠟燭的燃燒可消耗掉鍋爐內部的氧氣，使保養更為徹底。

本次鍋爐定期檢驗發現1#爐鍋筒內部共有2處明顯腐蝕，最大尺寸約為Φ6×0.5mm，2#爐鍋筒內部基本無明顯腐蝕，3#爐鍋筒內部存在8處大小及深度不一的圓形腐蝕斑點及腐蝕凹坑。最大尺寸約為Φ15×1.5mm，最小尺寸約為Φ5×0.5mm。此外，在3#爐鍋筒還有1處輕微腐蝕鼓包，鼓包表面呈紅褐色，其內有黑色粉末狀物，用手剝去鼓包，表面形成腐蝕坑，坑內堆著腐蝕產物。

對1#爐和3#爐共取5處打磨、拋光，4%硝酸酒精溶液侵蝕，再制取金相復型，在金相顯微鏡上觀察及拍攝金相照片。其檢驗結果：母材的顯微組織均為正常的鐵素體+珠光體，鐵素體晶粒度為7～8級，表明該腐蝕與材質無關。用X射線物相分析腐蝕產物時，其主要物相為Fe3O4，其次為Fe2O3及FeO，可判斷二臺鍋爐的腐蝕為氧腐蝕。

由以上分析可以看出，沒有采取任何保養措施的熱水鍋爐氧腐蝕嚴重，采用干法保養的熱水鍋爐效果要好于采用濕法保養的熱水鍋爐，這為今后的熱水鍋爐停爐保養和最佳保養方法選擇提供了依據。

三、結論

本文，筆者介紹了氧腐蝕機理，通過對氧腐蝕機理的分析，制定了不同的保養方案。通過實例分析，得到了如下的結論：沒有采取任何保養措施的鍋爐氧腐蝕嚴重，采用干法保養的鍋爐效果要好于采用濕法保養的鍋爐。熱水鍋爐由于維護保養不好，而使受壓元件造成的腐蝕是鍋爐最常見的一種損壞方式，所以熱水鍋爐在停運期間，必須進行保養，并要選擇合理的保養方法，以減少熱水鍋爐金屬的腐蝕，延長了熱水鍋爐的使用壽命，保證鍋爐安全、經濟運行。