電廠鍋爐受熱面腐蝕及預防措施

摘要：鍋爐受熱面腐蝕問題長期以來一直是導致國內外火電機組強迫停機的主要原因。我國火電事故的統計表明電站鍋爐受熱面管子由于腐蝕爆漏約占全部鍋爐事故的70%，其中過熱器再熱器約占35%。而且隨著舊機組服役時間的增加及新機組投產量和參數的提高，這類事故還有逐年上升的趨勢，是影響安全發供電的主要因素。本文分析了鍋爐高溫腐蝕的成因和特點，提出一些預防鍋爐高溫腐蝕的措施，以求對鍋爐的安全經濟運行有所裨益。

關鍵詞：電廠鍋爐 受熱面腐蝕 預防措施

鍋爐受熱面主要是指鍋爐的水冷壁，過熱器，省煤器，再熱器，其中再熱器只存在于大容量鍋爐上。水冷壁、過熱器、省煤器、再熱器主要由各種直徑的管子組成，其外部是高溫火焰和煙氣，通過輻射或對流將熱量傳遞給內部流動的高壓汽水介質，火電廠一旦發生受熱面泄漏就只有采取強迫停爐，進行搶修，嚴重影響火力發電廠的正常生產，造成巨大的經濟損失。因此，鍋爐受熱面的安全穩定運行，直接與電廠的安全穩定經濟運行聯系在一起，有效地減少和防止鍋爐受熱面泄漏可以為企業帶來巨大經濟利益和社會效益。

1 鍋爐腐蝕的成因和特點

鍋爐停用期間，因空氣進入鍋內發生結露、鍋水與空氣中的氧氣對鍋爐鋼材產生的侵蝕叫停爐腐蝕。當下列三個因素同時存在時，停爐腐蝕就有可能發生：

①鍋爐金屬表面沒有足夠的保護膜（包括水垢、油漆或疏水性烷基化合物）使之與空氣、水隔離；

②停爐期間鍋爐壓力低于大氣壓力，空氣侵入鍋爐內時氧氣作為鋼材腐蝕的氧化劑；

③鍋爐內有水或空氣中的水蒸汽在鍋內結露產生水滴，成為腐蝕的中間介質。當鍋內的水為酸性或強堿性時可單獨構成腐蝕，水中有較高濃度的CL-、SO42-時，可加速停爐腐蝕。與自然環境中的鋼材在水中腐蝕不同的是，在鍋爐內，由于水難以蒸發干燥，而水蒸汽（包括空氣中的水蒸汽）極易結露形成水滴，所以產生的腐蝕大多數為局部腐蝕或氧濃差電池腐蝕，與一般腐蝕相比，破壞性更大。

2 鍋爐受熱面腐蝕及預防

鍋爐受熱面腐蝕減薄損壞，因涉及范圍較大，一旦暴露，常導致重復爆漏停爐，而且修復工作量大，因此預防及保護設備不受腐蝕是提高機組可用率必須解決的基本任務之一。汽、水側腐蝕按其機理分，包括苛性腐蝕、氫損害、氧腐蝕、垢下腐蝕及應力腐蝕。煙氣側腐蝕包括水冷壁向火側腐蝕、高溫煤灰（油灰）腐蝕和低溫腐蝕。國內電廠曾因垢下腐蝕，水冷壁氫損壞及向火側腐蝕，導致大面積換管。曾有一臺鍋爐由于斜頂棚內的下降管外壁腐蝕爆破造成一死六傷的重大人身事故。國外一些超臨界機組曾發生因過熱器管內壁氧化皮脫落，被蒸汽帶入汽機而引起噴嘴、葉片的固體硬粒侵蝕。

2.1 水冷壁管的垢下腐蝕的預防

水冷壁管垢下腐蝕是以緊貼管壁的垢下管壁為陽極，外圍表面為陰極所構成的局部電池作用引起的電化學損害，嚴重時可導致鼓包或腐蝕穿孔。一臺1025t/h爐在半年內先后停爐3次處理水冷壁管鼓包、穿孔。主要原因是凝汽器銅管泄漏，給水硬度長期嚴重超標（標準是2Epb，最大競達392Epb，超標時間占運行時間25％左右），其次是停爐保養效果不好；基建酸洗質量不好；與給水含鐵量超標；分析認為采用Na3PO4爐內處理時大量向爐內加入Na3PO4調節爐水的pH值也不夠妥當等。當前防止垢下腐蝕最主要的防范措施是解決凝汽器泄漏后給水硬度超標問題；要加強給水含鐵量的檢測與控制；對已結垢的水冷壁進行化學清洗。總之，要加強化學監督工作。

對于超臨界直流爐由于給水水質純度較高組必須采用揮發性處理。所以美國通常采用氨－聯氨方式，而德國和前蘇聯推薦采用氨－氧處理和中性水加氧的方式。前蘇聯試驗肯定了中性水加氧的方式。我們推薦采用加氧處理方式。當然，采用何種方式還與汽水系統中管道、閥門所用的材料有關，需綜合考慮。

2.2 水冷壁管氫損壞的預防

水冷壁管氫損壞原因是受熱面內壁結垢，加以爐水處于低pH值狀態。當時入凝結水系統的酸性鹽類在水冷壁管垢下濃縮，氫原子進入管壁金屬組織中與碳化鐵作用生成甲烷，使鋼材晶間強度下降。發生氫損害時，管壁幾乎沒有明顯減薄，有時發生“開窗式”破裂。所以一般的超聲探傷技術難以發現發生氫損害使金屬變脆的位置，使故障處理復雜化。

鑒于一些火電廠熱力設備腐蝕、結垢嚴重，甚至導致有些鍋爐頻繁爆管的情況，中電聯出了一本《火電廠化學監督及水處理技術資料選編》，提出了加強化學監督，特別是從基建到生產全過程執行部頒規程的意見十分重要。

已投產電廠一旦發生管壁很少減薄的脆性破壞，宜割管檢查，通過多相或宏觀侵蝕試驗，判斷是否是氫損壞。若經確認是氫脆損壞，則其對策是化學清洗并更換已發生材料強度下降或管壁減薄的管子。

由于氫損壞是屬于垢下發生的二次腐蝕，所以防范措施應補充：①嚴格控制鍋水質量，不使管內壁腐蝕結垢；②發現腐蝕時要采取措施清洗管壁防止結垢；③防止凝汽器管泄漏，特別要控制鍋爐水中酸性鹽類，如Mgcl2等鹽類存在；④監測飽和蒸汽中含氫量。

2.3 水冷壁向火側腐蝕及其預防

水冷壁向火側腐蝕是指水冷壁外壁在還原性氣氛中，揮發性硫、氯化物及熔融灰渣作用下，使管壁減薄引起的故障。水冷壁向火側腐蝕不可能發生在燃燒區域的氧化氣氛中。一氧化碳，包括未燃燒的煤粒沖刷管壁，在硫酸鹽和氨氯化物的作用下加速腐蝕，導致管壁減薄，當其腐蝕速度超過25μm/103h時，表示已有明顯腐蝕。此外低熔點的鈉、磷的焦硫酸鹽甩落在水冷壁管外表，能熔掉管外表的氫化鐵保護層，也使金屬受到腐蝕。超臨界壓力鍋爐因其布置特點及壁溫相對較高，容易發生圓周方向的溝槽或裂紋。

由于水冷壁向火側腐蝕涉及燃燒器區域附近一批管子的安全問題，嚴重時1～2萬小時就要更換一批水冷壁管，所以應予以重視。

預防水冷壁向火側腐蝕的措施是：

①控制噴燃器噴射角度與煙氣氧量，避免未燃煤粉與還原性氣體沖刷水冷壁；

②采用滲鋁管或火焰噴涂的方法提高水冷壁管的抗腐蝕能力；

③在降低煙氣含氧量采用低氧燃燒或為降低NOX而采用二次燃燒法時，要注意可能出現的向火側腐蝕。

2.4 低溫腐蝕

低溫腐蝕是煙氣中的硫酸、亞硫酸在低于露點的受熱面上凝結，使受熱面腐蝕的一種現象。煤、油含硫量高、壁面溫度低是產生低溫腐蝕的主要原因，大容量電站鍋爐低溫腐蝕主要發生在空氣預熱器。一般情況下，空氣預熱器低溫腐蝕并不構成事故，但影響機組的長期安全可靠運行，增加檢修工作量，并降低鍋爐經濟性。個別情況下，由于不均勻的堵灰、腐蝕，使煙、風壓隨回轉式空氣預熱器的旋轉而周期性變化，當影響燃燒穩定及自動控制質量時，可能成為鍋爐強迫停用的因素之一。采用低硫煤、爐內脫硫等措施有利于防止低溫腐蝕；采用耐腐蝕材料、改變傳熱元件型線，采用玻璃管預熱器、熱管式空氣預熱器，加裝暖風器等都是防止低溫腐蝕的措施。

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