臥式鍋殼鍋爐煙管腐蝕泄漏原因分析

姜建華，裴漸強(qiáng)，張克

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院新鄉(xiāng)分院，河南 新鄉(xiāng) 453003）

2017年3月，在我市對(duì)某單位的一臺(tái)在用燃?xì)馀P式鍋殼蒸汽鍋爐進(jìn)行內(nèi)部檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)該鍋爐鍋殼、爐膽、回燃室、煙管局部有水垢，厚度1～2mm，垢下腐蝕深度1～3mm，一根煙管腐蝕部位泄漏。對(duì)該鍋爐煙管腐蝕泄漏的原因進(jìn)行了分析，提出了一些針對(duì)性改進(jìn)措施，再次檢查結(jié)果確認(rèn)了改進(jìn)措施的有效性，從而證明了泄漏原因分析的正確性。

1 基本情況

該鍋爐為一臺(tái)燃?xì)馀P式鍋殼蒸汽鍋爐，結(jié)構(gòu)形式為臥式內(nèi)燃三回程，型號(hào)：WNS6-1.25-Q，額定蒸發(fā)量為6t/h，額定蒸汽壓力1.25MPa，額定蒸汽出口溫度193℃。制造單位為：河南省某鍋爐制造有限公司。出廠日期為2016年2月，2016年8月安裝完工并投入運(yùn)行。鍋爐用水為公司當(dāng)?shù)氐叵戮?，采用鍋外軟化水設(shè)備對(duì)井水進(jìn)行處理。

2 檢驗(yàn)情況

進(jìn)入鍋殼內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)，鍋殼、爐膽、回燃室、螺紋煙管、拉撐、前后管板、分水器等部件大部分金屬表面光滑，局部粘結(jié)厚度1～2mm不等的棕色泥垢，用檢驗(yàn)錘敲掉泥垢，發(fā)現(xiàn)垢下腐蝕比較嚴(yán)重，深度1～3mm不等，垢層表面為褐色，內(nèi)層和底部為黑灰色（見(jiàn)圖1、圖2）。

從鍋爐后部檢查孔進(jìn)入回燃室，發(fā)現(xiàn)回燃室底部有積水（見(jiàn)圖3），管板及煙管管口有水跡，一根煙管管口有積垢（見(jiàn)圖4）；清除管口水垢，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，該管子位于管板右側(cè)最外圈，爐膽上沿位置向上數(shù)第8根；漏點(diǎn)位于煙管的左上部，距離管端約70mm，直徑約1mm。

圖1 煙管垢下腐蝕情況

圖2 回燃室垢下腐蝕情況

圖3 回燃室底部積水情況

圖4 泄漏煙管管口照片

3 原因分析

3.1 水質(zhì)檢查

檢查該單位鍋爐給水、鍋水化驗(yàn)記錄，結(jié)果如下：給水：硬度0.02mmol/L，pH=7；鍋水：堿度23mmol/L，pH=12。對(duì)照GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)要求，鍋爐給水、鍋水水質(zhì)未見(jiàn)異常。

腐蝕形態(tài)表明，該鍋爐屬于非均勻腐蝕，接近小孔腐蝕。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，該種腐蝕形態(tài)多與鍋水中Cl-含量有關(guān)，而且Cl-含量小于1500mg/L也不會(huì)發(fā)生明顯腐蝕。于是我們決定現(xiàn)場(chǎng)抽取原水、軟化水水樣，拿回單位進(jìn)行分析。水樣分析結(jié)果為：原水Cl-含量205.6mg/L，軟化水 Cl-含量 218.0mg/L。

3.2 腐蝕原因分析

該單位軟化水Cl-含量218.0mg/L，比使用自來(lái)水的單位平均值高3～4倍，軟化水在鍋爐中一般要濃縮15～20倍，即鍋水中Cl-含量正常應(yīng)為3100～4200mg/L，該Cl-含量極易造成鍋爐小孔腐蝕。

小孔腐蝕的機(jī)理是：金屬表面氧化膜分布是不均勻的，水中的氯離子是活性陰離子，它能優(yōu)先選擇吸附在較薄弱的氧化膜上，把氧化膜還原破壞掉，在新露出的金屬表面形成小蝕孔，即FeCl3的水解形成小蝕孔?？變?nèi)金屬表面處于活化狀態(tài)，電位較負(fù)，是陽(yáng)極；蝕孔外的表面處于鈍化狀態(tài)，電位較正，是陰極（見(jiàn)圖5）?？變?nèi)的主要反應(yīng)式是：

Fe-2e-=Fe2+

孔內(nèi)外組成一個(gè)微電偶腐蝕電池。該電池大陰極，小陽(yáng)極，陽(yáng)極電流密度大，所以蝕孔加深速度很快。鍋水呈弱堿性，孔外的主要反應(yīng)式是：

O2+H2O+4e-=4OH

OH-與擴(kuò)散出來(lái)的Fe2+，在孔口形成二次腐蝕產(chǎn)物Fe(OH)2，與鍋水中氧氣繼續(xù)反應(yīng)生成Fe(OH)3（紅色鐵銹）沉淀。這時(shí)，孔內(nèi)介質(zhì)鐵離子濃度減小，但氯離子濃度未變。

圖5 小孔腐蝕機(jī)理示意圖

OH-離子濃度變小，H+濃度變大，孔內(nèi)酸度增加，使陽(yáng)極溶解速度加快，加上受介質(zhì)重力影響，蝕孔進(jìn)一步向縱深發(fā)展。隨著腐蝕發(fā)展，孔口介質(zhì)pH值逐漸升高，水中Ca(HCO3)2轉(zhuǎn)化為CaCO3和銹層一起沉積在孔口，形成一個(gè)閉塞電池。如此，孔內(nèi)外物質(zhì)交換更困難，氯化鐵濃縮和水解作用加劇，促使陽(yáng)極溶解速度進(jìn)一步加快，最后導(dǎo)致煙管穿孔泄漏。

4 改進(jìn)措施

這臺(tái)鍋爐主要是因小孔腐蝕造成的煙管泄漏而失效，失效的主要在于原水中Cl-含量過(guò)高，因此，改進(jìn)措施也必須從原水入手。結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，我們向用戶提出了如下建議。

（1）對(duì)該鍋爐進(jìn)行化學(xué)清洗，對(duì)腐蝕坑深度大于1.5mm的煙管進(jìn)行更換。（2）鍋爐用水放棄井水，改用自來(lái)水，同時(shí)控制Cl-含量在50mg/L以下。（3）鍋爐用水如仍用井水，需在軟化前進(jìn)行電滲析處理，將Cl-含量降至50mg/L以下。（4）對(duì)鍋水加強(qiáng)監(jiān)督，將Cl-含量控制在1500mg/L以下。用戶采取了上述第1、2、4項(xiàng)措施，首先將鍋爐進(jìn)行化學(xué)清洗，對(duì)腐蝕坑深度大于1.5mm的31根煙管進(jìn)行更換；其次將鍋爐用水改為自來(lái)水；第三，定期對(duì)Cl-進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)自來(lái)水Cl-檢測(cè)結(jié)果為36～47mg/L，軟化水Cl-檢測(cè)結(jié)果為38～53mg/L，鍋水Cl-檢測(cè)結(jié)果為736～941mg/L。1年后的2018年3月，我們?cè)俅螌?duì)該鍋爐進(jìn)行檢驗(yàn)，檢查發(fā)現(xiàn)鍋爐內(nèi)水垢厚度約1mm，垢下腐蝕維持在0.5～1.5mm左右，無(wú)明顯發(fā)展。由此可以判定該鍋爐小孔腐蝕得到有效遏制，鍋爐安全運(yùn)行基本得到保證。

5 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)鍋爐水質(zhì)控制正常情況下執(zhí)行GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)是正確的，在水質(zhì)控制項(xiàng)目正常情況下，如果仍發(fā)現(xiàn)鍋爐出現(xiàn)異常狀況，應(yīng)從標(biāo)準(zhǔn)外的水質(zhì)項(xiàng)目查找原因，如Cl-、SO42-等，通過(guò)控制這些離子的含量達(dá)到控制鍋爐腐蝕的目的。