蒸汽鍋爐腐蝕事故分析及預防

文/萊蕪市特種設備檢驗研究院 亓海峰

蒸汽鍋爐是人民生產和生活中廣泛使用的特種設備。本文通過一起鍋爐鍋筒底部腐蝕的問題，對腐蝕的形成原因進行了分析，提出了預防措施以保障鍋爐的安全有效運行。

山東省萊蕪市某化工有限公司DZL10-1.25-AⅡ型蒸汽鍋爐，在2016年內部檢驗時發現有嚴重的腐蝕現象。鍋筒底部距前管板600 mm范圍內面積770 mm＋720 mm， 鍋爐內爐膽水側存在約16個大小不等的圓形麻點狀腐蝕凹坑， 形貌基本相同，其中最大一個圓形腐蝕坑ф72 mm，深11.50 mm，最小一個圓形腐蝕坑ф12 mm，深11.40 mm。鼓包表面呈紅褐色，用小尖錘輕敲鼓包處，在內表面形成一腐蝕坑，坑內堆著腐蝕產物，其內有黑色粉末狀物，腐蝕產物越多，蝕坑越深。在此鍋爐煙管水側面還發現大量的腐蝕鼓包，剝去鼓包在煙管上留下一腐蝕斑點。但從整個鍋爐腐蝕情況來看，在高溫輻射區腐蝕程度要比煙管和其他部位嚴重。根據《鍋爐定期檢驗規則》第十九條第六款規定，需要由具備資質的修理單位，對缺陷部位進行挖補，經無損檢測和水壓試驗合格后運行。由于維修工作，致使大批訂單延誤，經濟損失數十萬元。

蒸汽鍋爐腐蝕狀況

金相檢驗及腐蝕產物分析

通過此鍋爐鍋筒腐蝕部位的產物分析，可判斷此腐蝕主要是氧腐蝕。從腐蝕部位來看，腐蝕凹坑不僅分布在爐膽母材上，而且還分布在焊縫熱影響區上。

通過取樣，進行金相檢驗分析。在距離前管板約650 mm處的焊縫熱影響區及母材上打磨見金屬光澤，用酒精溶液清洗，在金相顯微鏡上觀察及拍攝金相照片。其檢驗結果：發現母材的顯微組織均為正常的鐵素體和珠光體，鐵素體晶粒度為8級，熱影響區為魏氏組織。化驗分析腐蝕產物，主要為Fe2O3，其次為CaO。取腐蝕坑內腐蝕產物化驗分析：Fe3+含量為152 mg/L， Fe2+含量為6.4 mg/L，其他成分如表。

腐蝕產物成分表

腐蝕產生原因分析

對于此臺蒸汽鍋爐腐蝕的成因，有以下幾點分析。

首先，水中溶解氧是引起金屬發生電化學腐蝕的一個主要因素。近一段時間以來，由于領導層和司爐人員的更換調整，此臺鍋爐在整個運行過程中，鍋爐給水除氧設備未得到有效利用，除氧效果不好。從而使給水中的溶解氧帶入鍋爐內，引起電化學腐蝕，鐵和氧形成兩個電極，鐵的電極電位比氧的電極電位低。氧氣對鋼和鐵的腐蝕速度具有雙重影響，一方面，氧氣無論對于陰極還是陽極，都是很好的去極化劑，加速了金屬的腐蝕速度。另一方面，鍋爐水中溶解氧濃度增大，由于鋼材受溶解氧腐蝕的結果，在其表面產生致密的保護膜，所以會使腐蝕減弱。保護膜形成后，雖然可在鋼材表面減少腐蝕核心的數目，卻提高了每個已開始腐蝕點的腐蝕速度。所以由于氧腐蝕具有局部性的特點，就看到了一個個麻點狀潰瘍腐蝕凹坑。

其次，根據了解，此鍋爐于2014年3月16日內部檢驗時未見異常。在2016年3月15日定期檢驗時發現上述腐蝕缺陷，經核實，該公司主要生產過氧化苯甲酰、苯甲酰氯、過氧化苯甲酸叔丁酯等過氧化物類產品。該公司生產車間在2015年10月份輸送過氧化物類產品的管道發生泄漏，未引起安全管理人員重視，致使部分產品流入軟水池并帶入鍋爐中。由于過氧化物類產品在103～106℃溫度下受熱易分解產生氧氣，此鍋爐白天運行時間短，壓火時間較長，爐膛前部溫度較低，析出氧氣在鍋筒內底部距前管板600 mm周圍聚集停滯，造成氧腐蝕。使鍋爐內產生了大量的氧腐蝕產物，加上爐水Cl-含量較高，又會引發氧濃差腐蝕，氧腐蝕點成為陽極，周圍成為陰極。這樣如果有氧氣存在，腐蝕就會不斷深入，繼續加劇。當溫度升高時，各種物質在水溶液中的擴散速度加快，鍋爐水中電阻降低，金屬的保護膜很容易受到破壞，這樣加速了金屬的腐蝕速度。

最后，現場檢驗及運行記錄表明此鍋爐停爐頻繁，并且在停爐期間，沒有采取任何保護措施，設備運行維護和管理不到位，沒有保養記錄，也未配備持證水處理作業人員，沒有對鍋爐水樣及時進行化驗分析。停用鍋爐腐蝕所造成鍋爐表面粗糙，凹坑狀態及腐蝕產物會成為運行中腐蝕的促進因素。當鍋爐經常停用、啟動，在運行腐蝕中生成的低價氧化鐵，在鍋爐下次停用時，由于吸收空氣中的氧又重新被氧化成高價氧化鐵。這樣，隨著運行和停用交替進行，腐蝕過程反復進行，從而導致腐蝕加劇，所以，啟停頻繁的鍋爐腐蝕尤為嚴重。

綜上所述，該鍋爐由于給水含氧量超標和爐水指標不合格引發了鍋筒的腐蝕的發生。如果不能及時發現，會引起鍋筒泄漏，甚至引發事故的發生，后顧不堪設想。

預防措施

預防鍋爐腐蝕工作，防止此類情況的再次發生，不僅節省了人力、物力、財力，又對鍋爐的安全運行起到了保障作用。要避免和減緩腐蝕，除制定好針對上述成因的有效措施外，還應在管理上對腐蝕的預防采用以下對策。

做好給水除氧工作，提高給水品質。根據此公司生產工藝特性，嚴格按照GB/T1576-2008《工業鍋爐水質》標準進行水質化驗，并隨時檢測鍋爐給水和鍋水溶解氧含量。對于工業鍋爐，當鍋爐蒸發量≥10 t/h要除氧，要求給水溶解氧含量≤0.1 mg/L。常用的給水除氧方法主要是熱力除氧和化學除氧兩種，熱力除氧法是采用熱力除氧器將水中溶解氧除去，它是給水除氧的主要措施。對于蒸發量小工業鍋爐采用熱力除氧存在一定困難，因此化學除氧法目前是主要的除氧措施。

鍋爐運行中嚴格控制鍋爐給水和爐水的pH值，以減緩鍋爐腐蝕。一方面，電解質溶液中氧離子濃度的變化，直接決定著腐蝕速度。提高給水的pH值，可以防止給水管道中氫去極化腐蝕，也能防止金屬表面保護膜的損壞。所以一般控制給水pH值在7.0以上。另一方面，在鍋爐水pH值低于10的情況下，氧腐蝕極易發生，多年的檢測經驗證明，當爐水pH值在10～12之間時，氧腐蝕速度就會減緩，因此在鍋爐運行過程中，加強排污，及時調節鍋爐爐水堿度，保證鍋爐的pH值在此范圍內。實行科學、有效的排污，保持鍋爐水質達標，是減緩或防止鍋爐結垢，保證蒸汽品質和防止鍋爐金屬腐蝕的重要措施。當然，新裝鍋爐要在煮爐過程中鈍化好金屬保護膜。

做好鍋爐停爐期間的維護保養。很多鍋爐在停用時，由于維護保養不到位，使空氣中的氧氣和水分進入鍋爐系統，當再次運行時容易導致腐蝕進一步加劇。因此在鍋爐停用期間，可采取阻止空氣進入鍋爐系統內部的濕法保護、降低鍋爐系統內部濕度的干法保護、使用緩蝕劑保護等三種保護方法，目的都是避免和減緩鍋爐在停爐時發生的腐蝕現象。

建立健全鍋爐安全管理規章制度，完善鍋爐房各項記錄。配備持證鍋爐相關人員，人的問題是核心因素和關鍵，加強鍋爐安全管理人員和司爐人員的責任心。建立崗位責任制，責任到人，一環扣一環，密切配合好，形成合力。按照鍋爐房的人員配備，做好水處理記錄，健全水質管理制度，對待安全問題，不能有絲毫麻痹和懈怠心理，安全重于泰山。水處理作業人員與司爐人員密切配合，按照GB1576-2008水質標準執行，加強水質處理和監測力度，根據鍋爐給水和爐水檢測指標合格與否，適當進行鍋爐排污，及時調節爐膛燃燒狀況。