申　巍

摘要：熱水鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，由于循環(huán)水量大，帶入流解氧也多，因此，熱水鍋爐的氧腐蝕尤為突出，文章分析了氧腐蝕的原理及影響因素，并提出了防護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：熱水鍋爐；采暖系統(tǒng)；氧腐蝕；機(jī)械除氧；化學(xué)除氧

中圖分類號(hào)：TU832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2009）15-0049-02

熱水鍋爐與蒸汽鍋爐相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、鋼材耗量較少、熱效率較高、運(yùn)行安全、操作方便、不易發(fā)生缺水干鍋和受熱面金屬過熱事故等特點(diǎn)，因此在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。尤其是在我國北方，冬季采暖是城鎮(zhèn)居民的基本生活需求，雖然這幾年國家一直在推動(dòng)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的建設(shè)，但大部分采暖熱源仍為熱水鍋爐。而熱水鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行腐蝕、停用腐蝕以及由此而引起的腐蝕產(chǎn)物結(jié)垢問題卻長期困擾著人們。而且熱水鍋爐循環(huán)水量大，帶入流解氧也多，因此熱水鍋爐的氧腐蝕尤為突出，腐蝕會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，首先會(huì)降低壽命，我國熱水鍋爐設(shè)計(jì)壽命為15年，由于腐蝕原因一般只能運(yùn)行5～8年，其次腐蝕泄漏發(fā)生在嚴(yán)寒期，供熱中斷會(huì)直接影響居民的正常生活。

一、氧腐蝕原理

1．鐵受水中流解氧的腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕：陰極過程，O2是強(qiáng)烈的陰極去極化劑，能吸收陰極電子形成氟氧離子OH－，使腐蝕過程加劇，反應(yīng)公式如下：

O₂＋4E＋2H₂O→4OH^-

陽極過程，鐵的電極電位低于氟的電極電位，反應(yīng)公式如下：

Fe→Fe²⁺+2e

陽極反應(yīng)產(chǎn)物和陽極反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)，形成鐵銹：

Fe²⁺+2OH-→Fe（OH）₂

4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O→4Fe（OH）₃

Fe（OH）₂+Fe（OH）₂→Fe₃O₄+4H₂O

2．氧腐蝕部位及特征。熱水鍋爐運(yùn)行時(shí)，最易發(fā)生氧腐蝕的部位在入水口附近的金屬表面、系統(tǒng)接觸大氣區(qū)的金屬表面、循環(huán)不暢處和腐蝕產(chǎn)物沉積處的金屬。其特征為斑點(diǎn)腐蝕或潰瘍，常常在金屬表面生成許多直徑為1～30mm的鼓包，其表面著色由黃褐色到磚紅色不等，主要成分為氧化鐵，次層為黑色粉未狀物，為四氧化三鐵。有時(shí)，在腐蝕產(chǎn)物的最深處，緊靠金屬表面，還存在一個(gè)黑色層為氧化亞鐵，將這些腐蝕產(chǎn)物清除后便露出蝕坑。

二、影響氧腐蝕的因素

（一）運(yùn)行期間

1．熱水鍋爐采暖系統(tǒng)，有直供和間供兩種形式，由于系統(tǒng)的不嚴(yán)密性，容易造成氧氣的進(jìn)入，尤其是直供系統(tǒng)直接與用戶相連，若補(bǔ)水量增大，除氧不正常，就會(huì)加大溶解氧含量。在一般條件下，水中氧含量越多，鋼的腐蝕越快。

2．溶液的PH值對金屬的腐蝕速度影響較大，當(dāng)pH值低到溶液呈酸性時(shí)金屬腐蝕速度劇烈增大，當(dāng)有流解氧存在時(shí)，pH的改變對金屬腐蝕影響更大。通過大量的鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，pH值小于6時(shí)，腐蝕速度隨pH值降低迅速增加；pH值在6～10之間，含氧量的高低決定腐蝕速度的高低；pH值在10～12之間時(shí)，腐蝕速度隨pH值的增加而降低；pH值為12時(shí)，腐蝕速度幾乎很小。

由此可見，鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，控制鍋水pH值在10～12范圍內(nèi)，可以使金屬表面形成一層穩(wěn)定的保護(hù)膜，造成陽極鈍化，從而大大降低鍋爐的腐蝕速度。

（二）停運(yùn)期間

鍋爐停運(yùn)期間的腐蝕比運(yùn)行腐蝕更嚴(yán)重，大規(guī)模的腐蝕損壞和局部腐蝕孔往往是由停用腐蝕引起的，尤其熱水采暖鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行期一般為4～5個(gè)月，每年停運(yùn)期7～8個(gè)月，若在停運(yùn)期間沒有將水放凈或未做好養(yǎng)護(hù)，氧腐蝕將會(huì)加劇。

三、氧腐蝕的防護(hù)措施

根據(jù)以上分析，防止氧腐蝕不僅要在運(yùn)行其間進(jìn)行，更應(yīng)在停用期間采取措施，才能有效減緩和防止氧腐蝕，延長設(shè)備使用壽命。為此，提出以下防護(hù)措施：

（一）運(yùn)行期間采取機(jī)械除氧和化學(xué)除氧同時(shí)處理的方式

1．機(jī)械除氧主要是加裝除氧器，熱水鍋爐由于蒸汽汽源問題及投資原因，不適應(yīng)使用熱力除氧和真空除氧，可考慮使用海綿鐵除氧，這是進(jìn)入20世紀(jì)90年代后在鋼屑除氧的基礎(chǔ)上研制的技術(shù)，也采用過濾式，用堆比重比較輕的海棉狀還原鐵粉為除氧劑，當(dāng)含氧水通過濾層時(shí)發(fā)生以下反應(yīng)：

2Fe+2+2H2O+O2→2Fe（OH）2

Fe（OH）2吸附在海綿鐵粒上，但它在含氧水中是不穩(wěn)定的，它將被氧化成三價(jià)鐵的化合物：2Fe（OH）2+H2O+1/2O2→2Fe（OH）3

Fe（OH）3呈現(xiàn)為黃綠色類絮狀物，可用反洗方法沖走，在濾層深處，由于水中氧的濃度已經(jīng)很低，因此必然存在與Fe（OH）2沉淀保持平衡關(guān)系的少量的Fe2+，它很容易被Na型樹脂吸收，所以出水再經(jīng)Na型強(qiáng)酸性陽樹脂層時(shí)便可除去，交換反應(yīng)為：

Fe2++2NaR→FeR2+2Na+

這種方法常溫下即可除氧，體積小投資小，除氧效果較穩(wěn)定，因此在很多熱水鍋爐系統(tǒng)中得到應(yīng)用，問題是缺少技術(shù)的統(tǒng)一性。

2．化學(xué)除氧，主要是添加除氧劑，種類有Na2SO3和水合聯(lián)氨（N2H4·H2O），后一種由于價(jià)格昂貴且有較強(qiáng)的毒性，所以不能在熱水鍋爐采暖系統(tǒng)使用，Na2SO3易溶于水，是一種還原劑，遇到水中的溶解氧產(chǎn)生如下反應(yīng)：2Na2SO3+O2→2Na2SO4，而且Na2SO3價(jià)廉無毒無污染，因此一直作為首選除氧劑，但有幾個(gè)問題需要注意：

溫度是影響Na2SO3同氧反應(yīng)的重要因素，室溫下Na2SO3同氧反應(yīng)的速度較慢，但隨著溫度升高，反應(yīng)時(shí)間大大縮短。研究證明，溫度每升高10℃，反應(yīng)速度約增加1倍，在100℃以上，反應(yīng)速度更快。所以在使用Na2SO3時(shí)，盡量直接加到熱水管道中。

Na2SO3很容易氧化失效，因此使用時(shí)最好隨用隨配，確實(shí)需要儲(chǔ)存時(shí)，采取嚴(yán)格的密封措施。也可同時(shí)加入一些水溶性的硝酸鹽或硫酸鹽，作為催化劑，加快反應(yīng)速度，但要注意用量的配比。

3．控制鍋水的pH值在10～12范圍內(nèi)，從而在金屬表面形成一層保護(hù)膜，可以避免或減少氧腐蝕的發(fā)生。但在實(shí)際運(yùn)行中鍋水的pH值有時(shí)發(fā)生變化，那么當(dāng)pH值＜10時(shí)，可以采用向鍋內(nèi)投加一定量的堿性藥劑的方法以提高鍋水的pH值。對冬季采暖的熱水鍋爐我公司是投加Na（OH）2和Na3Po4，這樣既減少了爐水的硬度，又提高了pH值，而且在運(yùn)行時(shí)監(jiān)測NaOH濃度，避免造成堿性腐蝕。

4．由于供熱面積較大，一些熱水鍋爐供熱采取間供系統(tǒng)，二次網(wǎng)補(bǔ)水基本采用離子交換法進(jìn)行軟化，一般認(rèn)為這樣pH值提高了，水的腐蝕性也降低了。

（二）停運(yùn)期間的措施

1．鍋爐系統(tǒng)的保護(hù)，可采用干法，停爐后排干鍋水，然后烘干加入干燥劑，具體用量：無水氯化鈣（1～2kg/m3）、生石灰（2～3kg/m3）、硅膠（2.7kg/m3）），最后封閉鍋爐，并定期檢查干燥劑。

2．二次網(wǎng)停運(yùn)期間的防護(hù)比較困難，停熱短期可充滿水采取濕法保養(yǎng)，但檢修、改造期間水必須泄掉，由于供熱管網(wǎng)較長，管徑由大到小不等，徹底清除積水不現(xiàn)實(shí)，所以存在一空白區(qū)間容易產(chǎn)生氧腐蝕，這時(shí)的防護(hù)還需探討。

以上給出了幾種防止氧腐蝕的措施，但也應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選擇適宜的方法，比如小型熱水鍋爐，安裝除氧器造價(jià)相對較高，可只采用化學(xué)除氧，根據(jù)給水的溶解氧含量，計(jì)算出Na2SO3加入量，使系統(tǒng)中亞硫酸根含量保持在2～7mg/L，同時(shí)再加入Na（OH）2和Na3Po4，也能達(dá)到防腐效果。另外還要加強(qiáng)管理，降低系統(tǒng)補(bǔ)水量；加強(qiáng)水質(zhì)的監(jiān)測，保證加藥量控制在合理的范圍。

參考文獻(xiàn)

[1]鹿道智．工業(yè)鍋爐司爐教程[M]．2001．

[2]魏剛，熊蓉春．熱水鍋爐防腐阻垢技術(shù)[M]．化學(xué)工業(yè)出版社，2002．

作者簡介：申巍，男，天津人，供職于天津市津南區(qū)集中供熱辦公室，研究方向：供熱管理。