電站鍋爐垢下腐蝕成因及措施研究

張林全

（獨(dú)山子石化公司熱電廠機(jī)動(dòng)科，新疆 獨(dú)山子 833600）

在工業(yè)生產(chǎn)的工廠中，很多鍋爐因垢下腐蝕，造成鍋爐壽命降低，鍋爐泄漏頻繁。垢下腐蝕是造成鍋爐爐管泄漏的重要原因，腐蝕速度快，一般鍋爐運(yùn)行30000小時(shí)左右就容易出現(xiàn)腐蝕穿孔，甚至導(dǎo)致鍋爐因受熱面爐管爆破泄漏，嚴(yán)重威脅鍋爐的運(yùn)行安全。鍋爐的垢下腐蝕又分為堿性腐蝕、酸性腐蝕等幾個(gè)類(lèi)型，不同類(lèi)型的鍋爐垢下腐蝕機(jī)理各不相同，下面我們談?wù)勫仩t垢下腐蝕的機(jī)理以及解決方案。

1 鍋爐垢形成機(jī)理

1.1 鍋爐垢下腐蝕的類(lèi)型

當(dāng)水垢附著于鍋爐的受熱面后，鍋爐受熱面爐管運(yùn)行超溫，位于水垢下方水份急劇蒸發(fā)，造成爐管會(huì)因超溫運(yùn)行而受損，存在水垢的爐管也容易受到腐蝕，這種腐蝕稱為鍋爐垢下腐蝕，不同類(lèi)型的鍋爐垢下腐蝕機(jī)理各不相同，鍋爐垢下腐蝕又分為以下幾種類(lèi)型，主要有垢下氧化電化學(xué)腐蝕、堿腐蝕、酸腐蝕。

1.2 鍋爐垢下腐蝕的形成機(jī)理

在鍋爐長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，因?yàn)闋t內(nèi)的水質(zhì)不達(dá)標(biāo)或者水質(zhì)太硬，水中會(huì)含有大量的鈣、鈉、鎂等元素，這些元素一旦形成沉積，就會(huì)在鍋爐爐管內(nèi)表面形成水垢。因鎂、鈣等物質(zhì)的可溶性，但在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，這些可溶性物質(zhì)被加熱轉(zhuǎn)化成為不可溶性的物資，所以在受熱面形成一層鍋爐垢。

1.3 鍋爐垢下腐蝕的危害

由于鍋爐受熱面結(jié)垢，導(dǎo)致?tīng)t管導(dǎo)熱系數(shù)成倍數(shù)下降，鍋爐垢下金屬壁溫較正常運(yùn)行時(shí)要高，當(dāng)溫度超過(guò)鍋爐使用的金屬材料允許溫度時(shí)，爐管會(huì)因超溫而產(chǎn)生蠕變，強(qiáng)度隨之降低。鍋爐爐管在惡劣的運(yùn)行工況下，在垢下腐蝕部位開(kāi)始出現(xiàn)穿孔、鼓包、裂紋，最終導(dǎo)致鍋爐泄漏停爐，嚴(yán)重影響鍋爐安穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)行。

2 垢下腐蝕案例分析

我廠老區(qū)6臺(tái)鍋爐在2017年以及2018年，先后多次因垢下腐蝕造成鍋爐泄漏停爐。

2018年，我廠6#爐因泄漏停爐，經(jīng)割管檢測(cè)，水冷壁管泄漏處位于水冷壁管迎火面中心位置，肉眼可見(jiàn)水冷壁管外表面有裂紋，裂紋長(zhǎng)度經(jīng)游標(biāo)卡尺測(cè)量約16mm。沿水冷壁管鰭片處縱向剖開(kāi)，水冷壁管迎火面內(nèi)壁可見(jiàn)有大量疏松狀的垢物，將結(jié)垢物沖洗干凈后，發(fā)現(xiàn)泄漏處內(nèi)壁存在一呈鑿槽狀腐蝕坑，腐蝕坑底有明顯水流沖擊形貌，其中心部位即為泄漏處，腐蝕坑內(nèi)壁覆著黑色腐蝕產(chǎn)物（圖1）。在腐蝕坑周?chē)M(jìn)行取樣分析，開(kāi)展硬度、金相分析，并測(cè)量該區(qū)域管壁厚度最小為3.12mm，相比正常管壁厚度5.15mm，減薄了2.03mm。

圖1 腐蝕坑內(nèi)表面

鍋爐在長(zhǎng)期運(yùn)行后，大量的水垢層附著于鍋爐爐管內(nèi)表面，特別是鍋爐高溫?zé)嶝?fù)荷區(qū)以及水循環(huán)不好的區(qū)域，并隨著鍋爐運(yùn)行年限的延長(zhǎng)，垢量不斷加厚。爐管的傳熱系數(shù)成部降低，爐管也會(huì)存在局部超過(guò)金屬允許溫度運(yùn)行，導(dǎo)致金屬材料蠕變的發(fā)生。

鍋爐停工時(shí)期，內(nèi)表面可能接觸到空氣，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，腐蝕即便在鍋爐投入運(yùn)行后，腐蝕因素消除，但可能發(fā)生二次腐蝕，形成Fe3O4，當(dāng)鍋爐再次停運(yùn)時(shí)，鐵銹又被氧化成高價(jià)鐵，這樣的過(guò)程隨著鍋爐啟停次數(shù)增加，金屬的腐蝕損害越烈，隨著金屬表面的氧化物分配不同，在局部區(qū)域形成成積垢。經(jīng)統(tǒng)計(jì)6#爐在近4年開(kāi)停工多達(dá)9次，如果在開(kāi)停工過(guò)程中對(duì)水冷壁管腐蝕因素考慮不足，可能導(dǎo)致水冷壁管內(nèi)壁局部區(qū)域積垢。

鍋爐爐水水是除氧水、除鹽水，PH值為8.0左右，含有一定的鈉離子，一般運(yùn)行情況，不會(huì)發(fā)生堿腐蝕。但垢層下方部分介質(zhì)在高溫蒸濃作用下，會(huì)濃縮成高濃度的堿溶液，高濃度的堿溶液會(huì)溶解金屬表面Fe2O3，直接與金屬表面在高溫高壓情況下形成反應(yīng)，另外，Na2FeO2經(jīng)過(guò)進(jìn)一步水解使NaOH被還原，并析出氫，反應(yīng)形成的H2易于在金屬材料的相界、產(chǎn)生微裂紋區(qū)域、晶界區(qū)域、孔洞區(qū)域、及位錯(cuò)區(qū)等內(nèi)部缺陷區(qū)域聚集，同時(shí)，其與晶界的C化物反應(yīng)形成CH4氣體，當(dāng)集聚的CH4分壓超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，金屬內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，并且隨著反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，裂紋擴(kuò)展并形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，向外壁持續(xù)擴(kuò)展。

因此，本次泄漏的主要原因就是水冷壁管在小修前，在氫腐蝕的作用下，在內(nèi)壁形成氫致裂紋，并且已擴(kuò)展到接近外壁處，使得該水冷壁管有效厚度大大降低，當(dāng)水冷壁管的有效厚度無(wú)法承載介質(zhì)的作用，會(huì)在外壁處擴(kuò)展形成裂紋并產(chǎn)生泄漏。

3 垢下腐蝕的防范與處理

垢下腐蝕的對(duì)爐管的危害性極大，防止?fàn)t管結(jié)垢以及結(jié)垢后及時(shí)進(jìn)行處理，對(duì)爐管運(yùn)行壽命起著重要的作用。

在新建鍋爐投用前，需要進(jìn)行鍋爐化學(xué)清洗，確保鍋爐爐管內(nèi)部雜物被清洗干凈，并在鍋爐水側(cè)爐管內(nèi)部形成一層金屬保護(hù)膜。在鍋爐投入運(yùn)行后，需要依據(jù)《火力發(fā)電廠化學(xué)監(jiān)督導(dǎo)則》，對(duì)鍋爐定期開(kāi)展化學(xué)術(shù)監(jiān)督工作。化學(xué)分析班組的人員每天必須對(duì)鍋爐水、汽質(zhì)量進(jìn)行采樣分析，并將分析結(jié)果與在線儀表測(cè)量值進(jìn)行對(duì)照，當(dāng)比對(duì)存在偏差時(shí)，需要及時(shí)通知熱工人員進(jìn)行表計(jì)校核，確保在線表計(jì)投用率以及準(zhǔn)確性。

爐型 汽包鍋爐 直流爐主蒸汽壓力 ＜5.9MPa 5.9～12.6MPa 12.7～15.6MPa ＞15.6MPa 垢量g/m2 ＞600 ＞400 ＞300 ＞250 ＞200清洗間隔年限a 10～15 7～12 5～10 5～10 5～10

鍋爐在運(yùn)行期間保證爐水水質(zhì)在合格范圍內(nèi)，當(dāng)汽水質(zhì)量出現(xiàn)劣化時(shí)，應(yīng)迅速檢查化驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性以及取樣的代表性，并綜合分析系統(tǒng)中汽、水質(zhì)量的變化，迅速開(kāi)展相關(guān)水處理，迅速將爐水水質(zhì)恢復(fù)至合格范圍。

在鍋爐大修時(shí)或大修前的最后一次檢修期間，應(yīng)進(jìn)行水冷壁割管檢測(cè)，測(cè)定爐管內(nèi)部垢量，當(dāng)爐管管內(nèi)部垢量超過(guò)導(dǎo)則允許范圍時(shí)（表1），應(yīng)安排進(jìn)行鍋爐化學(xué)清洗，將爐管內(nèi)部的積垢清洗到允許范圍，防止后期因爐管大量結(jié)垢造成垢下腐蝕。

在鍋爐停運(yùn)期間，根據(jù)鍋爐停運(yùn)時(shí)長(zhǎng)，制定鍋爐停爐保養(yǎng)方案，并組織實(shí)施。

因鍋爐未認(rèn)真開(kāi)展化學(xué)監(jiān)督造成爐管出現(xiàn)垢下腐蝕，要立即組織對(duì)鍋爐進(jìn)行全面普查，確定垢下腐蝕區(qū)域，對(duì)該區(qū)域爐管進(jìn)行更換處理，防止垢下腐蝕引起的泄漏發(fā)生，在更換爐管后，立即安排進(jìn)行鍋爐化學(xué)清洗。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究鍋爐垢下腐蝕的形成機(jī)理，在知道垢下腐蝕對(duì)鍋爐爐管的危害后，必須保證鍋爐在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，重視鍋爐受熱面結(jié)垢的預(yù)防，從而保證鍋爐長(zhǎng)周期安穩(wěn)運(yùn)行，避免因垢下腐蝕導(dǎo)致鍋爐泄漏停爐，給企業(yè)帶來(lái)?yè)p失。