燃氣—蒸汽聯合循環機組余熱鍋爐腐蝕泄漏的緩解與預防措施

魏海軍

（四川川潤動力設備有限公司，四川自貢 643100）

0 引言

燃氣—蒸汽聯合循環機組因其具有高效低耗、建設周期短、對環境污染小等優勢而被廣泛推廣和使用。但是在燃氣—蒸汽聯合循環機組余熱鍋爐的運行和使用中，會因為各種原因出現腐蝕泄漏問題，導致機組停機，不僅會使供電質量下降，還會給發電企業帶來了巨大的經濟損失。基于此，為保證燃氣—蒸汽聯合循環機組余熱鍋爐的安全穩定運行，分析余熱鍋爐腐蝕泄漏的主要原因，并提出緩解與預防措施。

1 低壓系統FAC 腐蝕減薄導致泄漏

FAC（Flow Accelerated Corrosion，流動加速腐蝕）現象主要發生在運行溫度為120～180 ℃的區域，該溫度區域Fe3O4的溶解度最大，在介質水流的不斷沖擊沖刷下，該區域形成的Fe3O4保護膜極易溶解和脫落，并在水流的作用下，Fe2+等被溶解物質的濃度降低，并且當水流的流速達到一定程度時，已經處于疏松狀態的Fe3O4保護膜會隨時被沖蝕，導致低壓系統設備中需要被保護的金屬直接暴露于水中，打破了原有氧化生成Fe3O4保護膜反應的平衡，反應的平衡被打破，進而向著金屬水解方向迅速進行[1]。對于燃氣—蒸汽聯合循環機組余熱鍋爐，其低壓系統的運行溫度處于120～180 ℃，因此在省煤器、蒸發器上部的出口彎頭處、汽包內被水流長時間沖擊處等區域極易發生FAC，導致金屬失去保護膜而暴露出來，進而造成金屬材料不斷變薄直至發生泄漏。

由FAC 現象引起的腐蝕減薄泄漏的案例較多，例如某廠低壓省煤器出口管出現減薄泄漏問題，導致停工維修，泄漏的主要部位是省煤器中水流轉向處，因水流的轉向沖擊導致FAC；又例如某廠出現低壓汽包設備中的導水隔板變薄，進而出現斷裂，最后引發鍋爐泄漏問題，也是由于FAC 導致導水隔板的強度下降，進而影響了蒸汽的質量。

1.1 原因分析

FAC 的發生存在兩個過程，一是腐蝕過程，本質為化學反應過程；二是流動加速腐蝕的過程，本質為物理過程。其中，化學過程為腐蝕發生的主要因素，但是由于物理過程的存在，導致腐蝕的發生機制產生了一定變化。經研究得出，影響FAC 發生的主要因素包括溫度、pH 值、含氧量、材料的耐蝕性以及流速。

1.1.1 溫度

FAC 產生的原因是Fe3O4受到溫度條件的影響，導致溶解度變化引起的，加上工質水流的沖刷，致使金屬材料不斷被侵蝕變薄，最后被工質穿透，導致泄漏。因此，當工質處于靜止狀態時，在排除了工質水沖刷的影響和條件下，腐蝕發生的速率與Fe3O4在工質中的溶解度存在一定的關系，且溶解度與工質溫度有關（表1）。當工質溫度處于較低水平時，Fe3O4的溶解度相對較小，此時腐蝕發生的速率較低，當工質溫度升高時，Fe3O4的溶解度不斷上升，此時腐蝕速率不斷增加，當溫度達到150 ℃時，Fe3O4的溶解度最大，腐蝕速率也最高，當溫度超過150 ℃時，Fe3O4的溶解度下降，但是由于工質的氧化能量提升，逐漸地將Fe2+氧化，將Fe2+轉變為Fe2O3，由于Fe2O3質地緊密、難溶于水的特性，抑制了腐蝕現象，此時腐蝕速率隨著溫度的不斷升高而逐漸回落。

表1 腐蝕速率隨工質溫度變化情況

1.1.2 pH 值

腐蝕速率與pH 值的高低有著直接關系（表2）。隨著pH 值的不斷升高，金屬的相對腐蝕速率在不斷下降，但是并不是pH值越高越好，當pH 過高時，此時處于強堿性環境，若設備管道存在水垢的情況下，極易發生垢下堿濃縮現象進而導致腐蝕。

表2 腐蝕速率隨pH 值變化情況

1.1.3 含氧量

FAC 是一種發生在ORP（oxidation-reduction potential，氧化還原電位）低于0 的、還原性環境下的腐蝕現象。而工質水的含氧量越低則ORP 越低，從而導致工質水減弱了將Fe2+氧化成膜的能力，并降低了使氧化膜處于活性狀態的能力，氧化膜的減少和活性減弱會使相對腐蝕速率變大（表3）。

表3 相對腐蝕速率隨含氧量變化情況

1.1.4 材料的耐蝕性

鍋爐材料的等級與金屬材料中稀有金屬如Mo、Cr 的含量有關，其含量越高，材料的等級越高，進而降低FAC 的能力越強，FAC 的腐蝕速率越低（表4），但是材料的耐蝕性無法徹底消除FAC 的影響，僅能降低材料更換的頻率，提高管道的使用年限。

表4 相對腐蝕速率隨合金含量變化情況

1.1.5 工質流速

工質的流速對于FAC 的影響程度最高，當工質的流速越高，鈍化保護膜生成的環境越惡劣，金屬材料表面形成鈍化保護膜的難度也就越高，在失去保護膜的情況下，金屬表面晶粒更易被工質沖刷，尤其在工質流向轉變處，此處的沖刷力度最大，FAC 現象也就最明顯（表5）。

表5 相對腐蝕速率隨工質流速變化情況

1.2 緩解與預防措施

（1）提高給水的pH 值。緩解與預防FAC 最直接、最簡單的方式就是通過添加堿性物質（例如氨、NaOH）提高給水的pH值。但是NaOH 屬于強堿，用量控制不當易形成垢下堿濃縮，造成二次傷害，因此加氨是最適宜的方式，給水pH 值建議控制范圍為9.6±0.2。此時Fe-H2O 體系的ORP 與pH 值處于平衡狀態，更利于鈍化膜的產生。

（2）提高給水的含氧量。采用給水加氧工藝，可推進Fe2+氧化成Fe3+的反應進程，并且在氧的去極化作用下，金屬材料的表面形成Fe3O4、Fe2O3雙層的氧化膜，這種由不同結構形成的雙層氧化膜，比單層氧化膜更加致密與完整，因此保護能力更強。此時Fe-H2O 體系的ORP 在50～300 mV，處于完全鈍化，灰黑色疏松狀態的氧化膜在給水加氧的方式下，會轉變為紅色致密狀態進而增加相應的保護能力。

（3）材料選擇與機組設計。可在機組的設計階段，盡量對流速、管道布置進行控制，避免發生強烈湍流情況，若難以避免，則需要通過材料的選擇進行解決，選擇對于FAC 抗性較好的材料。在低壓系統受熱面水流彎頭部位，在發生FAC 腐蝕的重災區，可采用替換管道材料的方式，利用Cr 含量在0.5%以上的低合金鋼進行替換，可對FAC 腐蝕起到緩解與預防作用。

2 蒸汽質量不良造成蒸汽側腐蝕泄漏

2.1 原因分析

由于蒸汽質量不良造成蒸汽側腐蝕泄漏的現象也比較常見[2]。例如，某廠的3#鍋爐由于蒸汽的質量不良，高壓過熱器進口段發生腐蝕泄漏，經檢修發現高過受熱面存在多處泄漏，主要漏點在距離高過冷段翅片上邊界0.8 m 處。經泄漏原因探查發現，由于該廠的高壓包內旋風分離器設備發生傾斜，導致蒸汽攜帶水，再加上高壓飽和蒸汽取樣管為單側取樣方式，未能及時地發現異常，導致在高壓一級過熱器入口處，不合格的蒸汽以及攜帶的水被加熱、烘干，導致向火側沉積大量的鹽類雜質形成鹽垢，并且由于溫度過高，在鹽垢下引發鹽類雜質濃縮，進而出現垢下腐蝕，最終導致管道變薄而泄漏。

又如某廠1#爐啟動時出現鍋爐汽水損失率上升的異常情況，為探明汽水損失率異常上升的原因進行了隱患排查，發現直接原因是1#高壓過熱器后的煙氣溫度比正常情況偏低，經進一步分析，懷疑導致煙溫偏低的原因是可能是1#高壓過熱器發生了泄漏。通過停爐查漏，發現1#高壓過熱器的鰭片管在進口段存在多處泄漏。經泄漏原因探查，主要是由于給水質量差導致蒸汽質量不良，并且高壓包內除霧洗汽鐵絲網變形、脫落，且僅有一個蒸汽引出管，導致大量蒸汽從管口下方的兩個除霧裝置位置流入，使這兩個除霧裝置的流速、流量超限，發生振動進而使除霧裝置產生位移、形變，導致蒸汽帶水。由于蒸汽雜質溶解和機械攜帶的作用，蒸汽質量不良引發管道腐蝕、局部過熱結垢，發生垢下腐蝕。

2.2 緩解和預防措施

（1）重視對高壓汽包內旋風分離器狀態的檢查。應重點檢查旋風分離器的固定情況，檢查用于固定的螺絲是否松動、墊片是否損壞缺失、百葉窗是否牢靠、設備是否存在傾倒等，若出現松動、脫落、丟失等情況應及時分析去向，尋找殘余部件，并及時加固與更換。

（2）重視對高壓汽包頂部汽水分離鋼絲網（板）狀態的檢查。檢查鋼絲網是否位移，是否出現形變以及脫落等情況，若出現此類情況，則需要對鋼絲網（板）的框體固定處進行加固處理，增添固定措施，減少相鄰固定處之間的間隔。

（3）落實與加強對高壓汽包腐蝕情況的檢查工作。可采用割管檢查或者利用內窺鏡檢查的方式，割管檢查切除處應設置在一級高壓蒸汽側的換熱管進口1～3 m 處；內窺鏡插入位置應設置在進口集箱出口連接短管（需割除）處。重點檢查設備內部的腐蝕、結垢情況，當問題較為嚴重時需要對管道甚至設備進行更換。

（4）落實對高壓汽包水位的觀察工作，及時發現異常波動，并且判斷蒸汽的品質是否存在惡化問題，還需要加強對高壓飽和蒸汽鹽濃度變化情況的關注，出現異常應及時排查處理。此外，優化高壓飽和蒸汽取樣管取樣方式，將單側（左/右）取樣優化為兩側（左+右）取樣。

3 水系統循環不良造成局部腐蝕泄漏

3.1 原因分析

由于水系統循環不良進而對高壓蒸發器產生不良影響，也是產生余熱鍋爐腐蝕泄漏的主要原因之一[3]。例如，某廠高壓蒸發器發生的垢下腐蝕減薄泄漏案例，經排查，泄漏位置為迎煙側首排、緊鄰中心線右側、集箱下方向3.6 m 標高處的管道。經泄漏原因探查發現，直接原因是旋風分離器固定處的螺絲松動，墊片在工質沖刷下發生破碎并脫落，脫落后的墊片流入并卡在管道內部，進而引起卡住處變形、變漲，正是由于管道內部墊片的堵塞，使管道可流動工質的截面變小，導致工質的流動速度降低，在沖洗聯箱及爐前殘留的鐵屑等，因工質流動變慢未被沖走而遺留在管道中，在管道中不斷沉積受熱而結垢，并因膜態沸騰濃縮反應在垢下形成了閉塞電池，閉塞電池的作用使管道減薄，最終發生泄漏。總結泄漏的根本原因是，水系統循環不良，未能及時帶走異物。

3.2 緩解與預防措施

（1）與避免高壓蒸汽側出現腐蝕泄漏對策與措施相同，應重點檢查旋風分離器的固定情況，檢查用于固定的螺絲是否松動，墊片是否損壞缺失，百葉窗是否牢靠，設備是否存在傾倒等，若出現松動、脫落、丟失等情況應及時分析去向，尋找殘余部件，并及時進行加固與更換。

（2）切實保障高壓汽包的日常連續排污工作的效果，在排污過程中要確保所有的連排門處于全開狀態，進而保證排污的徹底，以保證蒸汽品質合格，保證水循環系統運行的高效性與穩定性。落實對鍋爐啟動階段的水沖洗工作，降低因結垢引發的垢下腐蝕現象的發生。

4 結束語

綜上所述，針對由于低壓系統FAC 腐蝕、蒸汽質量不良和水系統循環不良造成的余熱鍋爐腐蝕泄漏問題，可通過加強與落實鍋爐及有關設備的檢查工作、對水質進行質量控制、對水汽進行監督和把控等措施進行緩解和預防。此外，造成泄漏的原因還有很多，如酸洗作業不當、設備焊口存在缺陷等，相關設計和管理人員應根據實際情況采取針對性措施和對策，保證燃氣—蒸汽聯合循環機組余熱鍋爐的穩定運行。