從化工爆管事故看垢下腐蝕

張白雪， 宮 杰

(濱州市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究所，山東 濱州 256600)

從化工爆管事故看垢下腐蝕

張白雪， 宮 杰

(濱州市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究所，山東 濱州 256600)

以我國(guó)最近發(fā)生的化工爆管事故原因分析為切入點(diǎn)，研究了垢下腐蝕的腐蝕原理、事故成因、預(yù)防措施，并提出自己的觀點(diǎn)。

爆管事故；垢下腐蝕；溶氧量；水處理

隨著我國(guó)社會(huì)的高速發(fā)展，化工行業(yè)發(fā)展成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要支點(diǎn)，但是，快速涌現(xiàn)出的化工廠背后卻隱藏著重大的安全風(fēng)險(xiǎn)。從“7.16”山東日照液化球罐爆炸，到“10.21”濟(jì)南平邑化工廠爆炸，化工爆炸事故不斷出現(xiàn)。本文所探討研究的就是一類容易被忽視的直接危害設(shè)備安全運(yùn)行的隱患——垢下腐蝕。

1 實(shí)際案例

山東某化工廠發(fā)生爆管事故，圖1為發(fā)生爆裂的一段管道。通過(guò)對(duì)斷口觀察可以看到，斷面一側(cè)有明顯撕裂痕跡，爆管內(nèi)側(cè)有明顯的腐蝕坑。該管道承受壓力大約為17.5 MPa。鍋爐型號(hào)為：HG-1170/17.5-YMI。

事故原因分析：

首先，對(duì)該公司循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)所有水汽質(zhì)量進(jìn)行化驗(yàn)分析，標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T 12145-2008《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》 ，結(jié)果如下：

通過(guò)對(duì)該鍋爐水質(zhì)的全面分析(見(jiàn)第70頁(yè)表1)，可發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：a)給水溶解氧超標(biāo)，鈉離子含量超標(biāo)；b)飽和蒸汽鈉離子含量超標(biāo)；c)過(guò)熱蒸汽鈉離子含量超標(biāo)；d)鍋爐水磷酸根含量超標(biāo)；e)凝結(jié)水鈉離子含量超標(biāo)；f)溶解氧超標(biāo)；g)給水硬度異常。

圖1 化工爆裂管道

2 原理分析

在運(yùn)行的鍋爐中，爐體內(nèi)金屬表面是一層Fe3O4氧化膜，氧化膜由鋼材料中的Fe與高溫水蒸氣反應(yīng)而來(lái)。反應(yīng)式見(jiàn)式(1)。

(1)

該氧化膜致密，且對(duì)爐體有良好的保護(hù)作用，一定程度阻止鍋爐的腐蝕。如果鍋爐水pH值未控制在合理的范圍內(nèi)，鍋爐這層氧化膜將遭到破壞，從而引起嚴(yán)重的腐蝕。經(jīng)過(guò)研究，pH值在10～12時(shí)腐蝕速度最小，過(guò)高或過(guò)低都會(huì)使腐蝕速度加劇。但是，當(dāng)有沉積物附著在這層氧化膜表面時(shí)，情況又發(fā)生了明顯的變化。沉積物處的導(dǎo)熱能力較差，導(dǎo)致該處溫度急劇升高，水蒸氣在這里蒸發(fā)濃縮倍數(shù)增加，如果鍋爐水中帶有較多鹽類成分，那么這些鹽類成分就會(huì)在沉積物處大量集聚。而這些鹽類成分復(fù)雜，會(huì)造成金屬腐蝕加劇，嚴(yán)重可導(dǎo)致鍋爐爆裂。這種后果嚴(yán)重的腐蝕就是垢下腐蝕。若鍋爐水中有游離的OH-時(shí)，沉積物處的水蒸氣濃縮會(huì)導(dǎo)致水中OH-離子含量增加，引起pH值升高，過(guò)高的pH值帶來(lái)的垢下腐蝕為堿性腐蝕；如果鍋爐水中含有MgCl2和CaCl2，即，含有硬度成分，那么會(huì)發(fā)生式(2)、(3)的反應(yīng)。

表1 鍋爐水質(zhì)分析結(jié)果[1]

(2)

(3)

反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的H+，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，見(jiàn)式(4)、(5)。

陽(yáng)極反應(yīng)：

(4)

陰極反應(yīng)：

(5)

沉積物附近的H2不能快速擴(kuò)散到水汽分界層，會(huì)在管壁積累，與鋼結(jié)構(gòu)反應(yīng)，造成鋼脫碳，導(dǎo)致鋼強(qiáng)度降低，并生成使金屬易產(chǎn)生裂紋的CH4。反應(yīng)如式(6)。

(6)

在這起發(fā)生爆管事故的化工企業(yè)案例中，由于水處理工作未做好，溶解氧超標(biāo)，這給腐蝕創(chuàng)造了良好的條件，而鍋爐水系統(tǒng)鈉離子明顯超標(biāo)，說(shuō)明水汽中含鹽量很高，這些鹽類易在鍋爐內(nèi)壁附著沉積。對(duì)于這起事故，直接原因是沉積物沉積在里管壁的向火側(cè)，而蒸汽帶鹽較多，造成很嚴(yán)重的垢下腐蝕，又由于鍋爐壓力比較高，因此造成管壁撕裂爆管[2]。

3 結(jié)論

在生產(chǎn)中，如果有水處理操作不當(dāng)，造成水汽質(zhì)量超標(biāo)，均會(huì)為發(fā)生嚴(yán)重的生產(chǎn)事故埋下伏筆。而該事故的原因就是垢下腐蝕，引起垢下腐蝕的主要因素是蒸汽品質(zhì)不好，含鹽量較高，水處理溶解氧不達(dá)標(biāo)，造成腐蝕加劇。因此，為了防止垢下腐蝕，尤其應(yīng)該重視水處理工作，在鍋爐新裝投入運(yùn)行前，應(yīng)首先進(jìn)行化學(xué)清洗，在爐壁形成致密保護(hù)膜，正常運(yùn)行期間，也應(yīng)定期清洗，將沉積物等腐蝕產(chǎn)物清除。此外，還應(yīng)保證給水水質(zhì)，防止給水系統(tǒng)腐蝕帶入系統(tǒng)大量銅離子、鐵離子。同時(shí)，在停爐期間要做好停爐保護(hù)工作。只有這樣，才能最大限度地杜絕垢下腐蝕對(duì)鍋爐的危害，保護(hù)企業(yè)職工的生命安全，保證企業(yè)的正常生產(chǎn)運(yùn)行。

[1] 曹杰玉，宋敬霞，孫本達(dá).火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量:GB/T 12145-2008[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[2] 熱力發(fā)電廠水處理[M].北京：中國(guó)電力出版社,2011.

Corrosion under scale in chemical explosion accident

ZHANG Baixue, GONG Jie

(Binzhou City Special Equipment Inspection Institute, Binzhou Shandong 256600, China)

Based on the analysis of the causes of recent chemical explosion accident in China, this paper studies the corrosion principle, accident formation and preventive measures, and puts forward the views.

explosion accident; corrosion under scale; dissolved oxygen; water treatment

2017-01-16

張白雪，女，1990年出生，本科，現(xiàn)從事理化檢驗(yàn)方面工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.22

TQ050.9

A

1004-7050(2017)02-0069-02

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