電站鍋爐垢下腐蝕成因及措施研究

張林全

（獨山子石化公司熱電廠機動科，新疆 獨山子 833600）

在工業生產的工廠中，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，一般鍋爐運行30000小時左右就容易出現腐蝕穿孔，甚至導致鍋爐因受熱面爐管爆破泄漏，嚴重威脅鍋爐的運行安全。鍋爐的垢下腐蝕又分為堿性腐蝕、酸性腐蝕等幾個類型，不同類型的鍋爐垢下腐蝕機理各不相同，下面我們談談鍋爐垢下腐蝕的機理以及解決方案。

1 鍋爐垢形成機理

1.1 鍋爐垢下腐蝕的類型

當水垢附著于鍋爐的受熱面后，鍋爐受熱面爐管運行超溫，位于水垢下方水份急劇蒸發，造成爐管會因超溫運行而受損，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，不同類型的鍋爐垢下腐蝕機理各不相同，鍋爐垢下腐蝕又分為以下幾種類型，主要有垢下氧化電化學腐蝕、堿腐蝕、酸腐蝕。

1.2 鍋爐垢下腐蝕的形成機理

在鍋爐長期運行過程中，因為爐內的水質不達標或者水質太硬，水中會含有大量的鈣、鈉、鎂等元素，這些元素一旦形成沉積，就會在鍋爐爐管內表面形成水垢。因鎂、鈣等物質的可溶性，但在鍋爐運行過程中，這些可溶性物質被加熱轉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

由于鍋爐受熱面結垢，導致爐管導熱系數成倍數下降，鍋爐垢下金屬壁溫較正常運行時要高，當溫度超過鍋爐使用的金屬材料允許溫度時，爐管會因超溫而產生蠕變，強度隨之降低。鍋爐爐管在惡劣的運行工況下，在垢下腐蝕部位開始出現穿孔、鼓包、裂紋，最終導致鍋爐泄漏停爐，嚴重影響鍋爐安穩長周期運行。

2 垢下腐蝕案例分析

我廠老區6臺鍋爐在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，經割管檢測，水冷壁管泄漏處位于水冷壁管迎火面中心位置，肉眼可見水冷壁管外表面有裂紋，裂紋長度經游標卡尺測量約16mm。沿水冷壁管鰭片處縱向剖開，水冷壁管迎火面內壁可見有大量疏松狀的垢物，將結垢物沖洗干凈后，發現泄漏處內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，腐蝕坑內壁覆著黑色腐蝕產物（圖1）。在腐蝕坑周圍進行取樣分析，開展硬度、金相分析，并測量該區域管壁厚度最小為3.12mm，相比正常管壁厚度5.15mm，減薄了2.03mm。

圖1 腐蝕坑內表面

鍋爐在長期運行后，大量的水垢層附著于鍋爐爐管內表面，特別是鍋爐高溫熱負荷區以及水循環不好的區域，并隨著鍋爐運行年限的延長，垢量不斷加厚。爐管的傳熱系數成部降低，爐管也會存在局部超過金屬允許溫度運行，導致金屬材料蠕變的發生。

鍋爐停工時期，內表面可能接觸到空氣，發生電化學腐蝕，腐蝕即便在鍋爐投入運行后，腐蝕因素消除，但可能發生二次腐蝕，形成Fe3O4，當鍋爐再次停運時，鐵銹又被氧化成高價鐵，這樣的過程隨著鍋爐啟停次數增加，金屬的腐蝕損害越烈，隨著金屬表面的氧化物分配不同，在局部區域形成成積垢。經統計6#爐在近4年開停工多達9次，如果在開停工過程中對水冷壁管腐蝕因素考慮不足，可能導致水冷壁管內壁局部區域積垢。

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，一般運行情況，不會發生堿腐蝕。但垢層下方部分介質在高溫蒸濃作用下，會濃縮成高濃度的堿溶液，高濃度的堿溶液會溶解金屬表面Fe2O3，直接與金屬表面在高溫高壓情況下形成反應，另外，Na2FeO2經過進一步水解使NaOH被還原，并析出氫，反應形成的H2易于在金屬材料的相界、產生微裂紋區域、晶界區域、孔洞區域、及位錯區等內部缺陷區域聚集，同時，其與晶界的C化物反應形成CH4氣體，當集聚的CH4分壓超過材料的屈服強度時，金屬內部產生裂紋，并且隨著反應持續進行，裂紋擴展并形成網狀結構，向外壁持續擴展。

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，在內壁形成氫致裂紋，并且已擴展到接近外壁處，使得該水冷壁管有效厚度大大降低，當水冷壁管的有效厚度無法承載介質的作用，會在外壁處擴展形成裂紋并產生泄漏。

3 垢下腐蝕的防范與處理

垢下腐蝕的對爐管的危害性極大，防止爐管結垢以及結垢后及時進行處理，對爐管運行壽命起著重要的作用。

在新建鍋爐投用前，需要進行鍋爐化學清洗，確保鍋爐爐管內部雜物被清洗干凈，并在鍋爐水側爐管內部形成一層金屬保護膜。在鍋爐投入運行后，需要依據《火力發電廠化學監督導則》，對鍋爐定期開展化學術監督工作。化學分析班組的人員每天必須對鍋爐水、汽質量進行采樣分析，并將分析結果與在線儀表測量值進行對照，當比對存在偏差時，需要及時通知熱工人員進行表計校核，確保在線表計投用率以及準確性。

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

鍋爐在運行期間保證爐水水質在合格范圍內，當汽水質量出現劣化時，應迅速檢查化驗結果的準確性以及取樣的代表性，并綜合分析系統中汽、水質量的變化，迅速開展相關水處理，迅速將爐水水質恢復至合格范圍。

在鍋爐大修時或大修前的最后一次檢修期間，應進行水冷壁割管檢測，測定爐管內部垢量，當爐管管內部垢量超過導則允許范圍時（表1），應安排進行鍋爐化學清洗，將爐管內部的積垢清洗到允許范圍，防止后期因爐管大量結垢造成垢下腐蝕。

在鍋爐停運期間，根據鍋爐停運時長，制定鍋爐停爐保養方案，并組織實施。

因鍋爐未認真開展化學監督造成爐管出現垢下腐蝕，要立即組織對鍋爐進行全面普查，確定垢下腐蝕區域，對該區域爐管進行更換處理，防止垢下腐蝕引起的泄漏發生，在更換爐管后，立即安排進行鍋爐化學清洗。

4 結語

通過研究鍋爐垢下腐蝕的形成機理，在知道垢下腐蝕對鍋爐爐管的危害后，必須保證鍋爐在實際運行過程中，重視鍋爐受熱面結垢的預防，從而保證鍋爐長周期安穩運行，避免因垢下腐蝕導致鍋爐泄漏停爐，給企業帶來損失。