工業鍋爐本體的腐蝕機理與防護措施

陳才貴++周井祝

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.22.103

摘 要：鍋爐與工業生產和實際生活都有著緊密的聯系，鍋爐的使用涉及到社會生活的方方面面。因此，鍋爐的安全使用問題越來越受到使用方的重視，一旦發生事故后果不容想象。鍋爐的本體腐蝕會使得鍋爐的壁厚減小，從而導致較大的安全隱患。該文主要介紹了鍋爐腐蝕的幾個常見機理并在此基礎上給出了一些常用的鍋爐腐蝕的防護措施。

關鍵詞：鍋爐腐蝕 鍋爐本體 防護

中圖分類號：TF09 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）08（a）-0103-02

1 鍋爐本體的腐蝕類型及機理

鍋爐本體的腐蝕，從它的腐蝕形式上來劃分的話，可以分為外腐蝕和內腐蝕。外部腐蝕主要是由于鍋爐本體高溫氧化而造成金屬材料外表面的腐蝕；內腐蝕的話，情況就比較多，造成內部發生腐蝕的可以是蒸汽腐蝕、堿腐蝕、氧腐蝕、應力腐蝕等等多種情況，內腐蝕也往往是多種腐蝕情形的疊加，而非單種腐蝕的作用。就機理而言，鍋爐本體的腐蝕則又可以被分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩類。化學腐蝕指的是鍋爐的金屬材料和外部介質直接發生化學作用而引起的腐蝕。電化學腐蝕則指的是鍋爐金屬材料和外部介質發生了電化學變化，在這個電化學變化的過程當中而導致了鍋爐本體的腐蝕。接下來的內容主要通過外腐蝕和內腐蝕對鍋爐本體的腐蝕展開闡述。

2 鍋爐本體的外腐蝕

2.1 高溫腐蝕

高溫腐蝕是鍋爐外腐蝕中的一大因素，它是鍋爐內高溫煙氣與鍋爐材料金屬表面相互作用的一個較繁瑣復雜的反應過程，根據它的反應機理主要可以歸納成3個大類：硫化物（FeS2、H2S）型腐蝕、硫酸鹽型腐蝕和氯化物型腐蝕。根據目前的研究調查發現，通常在局部熱負荷比較高的區域，也就是管壁溫度較高的區域，就比如說燃燒器區域附近相比于其他區域而言更容易發生高溫腐蝕。其他區域的高溫腐蝕明顯減弱或者基本不發生高溫腐蝕。

2.1.1 硫酸鹽型高溫腐蝕

國內外的學者通過調查對部分腐蝕鍋爐的積灰進行分析，發現積灰中含有大量的硫元素和金屬元素，通過元素分析之后發現，它們大多以復合硫酸鹽的形式存在，例如硫酸鹽、焦硫酸鹽和三硫酸鐵鈉等。對此種現象大家普遍的說法便是，鍋爐中燃燒的物質所產生的金屬氧化物會與三氧化硫發生反應并且反應生成的是氣態的堿金屬硫酸鹽，由此鍋爐內部的溫度分布并不均勻，會產生一定的溫度差和溫度梯度，那么在這種溫度梯度的作用下，氣態的堿金屬硫酸鹽會朝著較冷的區域進行擴散，最終會沉積在水冷壁管。隨著時間的推移，沉積越來越厚，導致灰層中的溫度升高，梯度升高，從而使得沉積物沿著溫度梯度向管子的表面擴散。最終的結果是使得金屬表面的灰中含有較多的硫酸鹽。

2.1.2 氯化物型高溫腐蝕

煤炭中都會含有一定量的氯化鈉，由于氯化鈉的熔點和蒸發點都遠低于鍋爐中的火焰溫度，所含有的氯化鈉進入鍋爐之中將會迅速汽化，這汽化之后的氯化鈉氣體非常容易和水、二氧化硫、三氧化硫等物質發生反應而生成氯化氫。氯化氫是具有較強腐蝕性的，會對鍋爐表面金屬產生較大的腐蝕，從而加速了鍋爐的高溫腐蝕。

2.1.3 硫化物型高溫腐蝕

硫化物型的高溫腐蝕，是在氧化性和還原性兩種氣氛下發生的，主要在硫化氫和單質硫的作用下，使得金屬材料與其發生氧化還原反應，從而發生了腐蝕。這種高溫腐蝕也是較為常見的，因為煤炭中含有較多的硫元素，在高溫情況下，這種氧化還原反應比較容易發生，從而引發較大的腐蝕。

2.2 低溫腐蝕

低溫腐蝕，在一定程度上也可稱之為煙氣腐蝕，因為在低溫狀態下造成的腐蝕，基本上都是鍋爐尾道內的煙氣所造成的。主要是由于硫、釩、氧、氫等所引起的金屬損傷，看得到的表現形式為穿孔，局部下凹或者是呈現出斑點狀。這主要是由于煤炭中含有一定量的硫，燃燒之后便有個SO2氣體的存在，由于尾部的溫度較低，生成的二氧化硫在鐵和釩等的催化作用下會再次氧化而生成SO3，SO3又極易與水蒸氣結合生成硫酸蒸汽。這個硫酸蒸汽的存在會使得鍋爐內的整個煙氣的露點明顯有所提升，而鍋爐尾部的溫度并不高，一般情況下壁溫會低于這個升高后的新的露點。那么硫酸蒸汽便會凝結成為硫酸小液滴，凝結附著管壁之上，這便就造成了硫酸對鍋爐金屬材料的酸性腐蝕。

3 鍋爐本體的內部腐蝕

3.1 應力腐蝕

應力腐蝕是鍋爐內部腐蝕中最為常見的，一般的金屬材料內部都會出現這種應力腐蝕。應力腐蝕指的是在拉應力存在的作用之下，金屬在介質中所導致的破壞，這種破壞是對材料內部的破壞，其破壞力是極其強悍的、不可復原的，一旦發生這種腐蝕的話，是需要緊急處理的。

常見的應力腐蝕機理認為，應力的腐蝕可以分為兩種，一種是陽極溶解，一種是氫致開裂。鍋爐的金屬材料在應力和腐蝕介質的共同作用下，金屬表面的氧化膜會遭到破壞和腐蝕，這就導致了金屬表面會形成腐蝕區域和未腐蝕區域，那么這就使得表面呈現出陽極和陰極。陽極處的金屬灰溶解成為離子流向陰極，由離子的移動變化便會產生電流。因為腐蝕的陽極面積會明顯小得多的多，陽極會有較大的電流，會對表面造成二次破壞和腐蝕，因此在金屬表面形成了裂紋。

3.2 氧腐蝕

由于鍋爐蒸汽中含有大量的水，水蒸汽一直在高溫下與鍋爐壁進行反應，水中的氧會與鐵產生化學反應，從而會形成氧腐蝕。水中溶解的氧分子對于金屬的腐蝕是是與一種電化學腐蝕，鐵氧會形成電池的陰陽兩級。又由于鐵的電極電位總是比氧的電極電位低，所以在鐵氧電池中，鐵是陽極，遭到腐蝕。

3.3 垢下腐蝕

垢下腐蝕是高壓鍋爐的一種常見的局部腐蝕現象，由于鍋爐內的物料含有鈣鎂等物質，這些物質可以在鍋爐受熱的金屬內表面形成水垢。水垢的成分有很多，除了常見的鈣鎂水垢，硅酸鹽水垢以外，還有部分的氧化鐵垢和銅垢等。當鍋爐金屬材料表面形成水垢之后，鍋爐這部分金屬的導熱性會變差，水垢下面的金屬溫度勢必會升高。由于水垢會有一些縫隙，總會有水滲入這些縫隙中來，由于這里局部的溫度會有所升高則使得滲入的水濃縮而導致濃度加大，這種高濃度的鹽水在一定程度上便會加快金屬材料的腐蝕。但是如果鍋爐內水的pH可以控制在9～11之間，那么便基本不會發生此類腐蝕。

4 鍋爐腐蝕的防護

對于鍋爐腐蝕的防護，在設計、管理以及運行階段均需要進行。在設計階段的時候，要充分考慮到鍋爐可能遭受到的腐蝕作用，再最大限度下地防止鍋爐的應力腐蝕以及垢下腐蝕等，合理的設計可以在源頭減少鍋爐所受到的腐蝕作用。

在鍋爐的運行階段，對于鍋爐腐蝕的防護主要體現在對進料的控制，進入鍋爐的物料中若含有較多的結垢物質勢必會造成鍋爐的腐蝕，要降低物料中的鈣鎂離子和碳酸鹽的含量，以此來減少鍋爐的結垢和游離的二氧化碳對鍋爐的腐蝕。還需要控制含鹽量和pH值等指標，以此來減少可能發生的電化學腐蝕，情況允許的狀況下還可以采取加入一定量的阻垢緩蝕劑來防止腐蝕的發生。

對于鍋爐的管理過程中，應當做好停用鍋爐的防腐保養工作，以保證防護的有效性。要徹底清理表面和煙道里的沉淀物，保持鍋爐本體外部干燥，還可以采取在鍋爐外表面粉刷防腐漆的措施來進行防腐。

5 結語

鍋爐與人們的實際生活息息相關，研究好鍋爐本體的腐蝕機理可以更有效地幫助人們去采取相對應的措施進行腐蝕的防護。鍋爐的腐蝕十分常見，但是更需要人們的關注來減少鍋爐的腐蝕傷害，以此來杜絕鍋爐事故的發生。總而言之，鍋爐本體的防護勢在必行，是安全生產生活的重要條件，任何人都不能有絲毫的疏忽。

參考文獻

[1] 夏長友.工業鍋爐停運期間的腐蝕問題[J].腐蝕與防護，1999，20（3）：138-139.

[2] 李惠春.鍋爐空氣預熱器的低溫腐蝕問題[J].冶金能源，1998，17（1）：47-50.

[3] 田子平.大型鍋爐裝置及其原理[M].上海交通大學出版社，1997：261-289.endprint