查安麗

(新疆化工(集團(tuán))哈密堿業(yè)有限公司,新疆 哈密 839001)

35t/h鍋爐腐蝕原因淺析

查安麗

(新疆化工(集團(tuán))哈密堿業(yè)有限公司,新疆 哈密 839001)

通過(guò)對(duì)35t/h鍋爐的過(guò)熱器、對(duì)流管、省煤器發(fā)生的爆管事故進(jìn)行綜合分析,重點(diǎn)就鍋爐的汽側(cè)腐蝕、水側(cè)腐蝕的類(lèi)別、成因、危害程度等幾個(gè)要點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明,并對(duì)運(yùn)行管理提出了建議。

鍋爐;過(guò)熱器;省煤器;對(duì)流管;爆管;腐蝕

我廠有1臺(tái)型號(hào)UG-35/3.82-M1g鏈條式鍋爐,2007年建成投入運(yùn)行;3臺(tái)型號(hào)SHL20-25/ 400-A鏈條式鍋爐,1990年建成投入運(yùn)行。最近3年來(lái),鍋爐均多次發(fā)生省煤器、對(duì)流管、過(guò)熱器爆管事故,嚴(yán)重影響鍋爐的正常運(yùn)行,影響化工生產(chǎn)正常運(yùn)行,導(dǎo)致生產(chǎn)負(fù)荷波動(dòng)大,消耗高。

1 原因分析

經(jīng)對(duì)鍋爐各爆管處檢查發(fā)現(xiàn)情況如下:對(duì)流管、過(guò)熱器管外壁有0.3～2mm的不規(guī)則條紋,且背火面積灰嚴(yán)重,過(guò)熱器爆管內(nèi)壁有0.3～1.3mm厚的沉積物。省煤器部分管內(nèi)壁有0.3～2mm的點(diǎn)狀腐蝕坑,呈大小不等的“潰瘍”狀態(tài),在管內(nèi)還存在多量的褐色銹渣。

針對(duì)上述情況,筆者進(jìn)行多次調(diào)研和收集資料,經(jīng)分析,初步認(rèn)為引起鍋爐省煤器、對(duì)流管和過(guò)熱器的爆管原因,分別由鍋爐汽側(cè)腐蝕和水側(cè)腐蝕引起,其中造成汽側(cè)腐蝕的主要有:蒸汽帶有的雜質(zhì)導(dǎo)致鍋爐內(nèi)金屬表面形成鹽堿沉積物,造成垢下鹽堿腐蝕;溶解在爐水中的氧和二氧化碳?xì)怏w使?fàn)t管內(nèi)表面腐蝕減薄;司爐工操作不當(dāng),使鍋爐驟冷驟熱,或者負(fù)荷波動(dòng)頻繁,使金屬疲勞腐蝕。幾種造成水側(cè)腐蝕的主要原因有:鍋爐給水溶解氧超標(biāo)造成溶解氧腐蝕、爐水中pH值偏低造成的酸性腐蝕、爐水中pH值偏高造成的堿性腐蝕等。

2 具體原因及防范措施

腐蝕造成了鍋爐內(nèi)管壁間不同的受熱面結(jié)垢程度不同,不僅影響其傳熱效果,降低鍋爐出力,浪費(fèi)燃料,還發(fā)生相互作用加速管束的腐蝕,縮短鍋爐壽命,威脅安全運(yùn)行,最終釀成事故。以下就腐蝕的原因做簡(jiǎn)要闡述及分析,供予我們每位操作者和管理者之間相互交流和借鑒,以實(shí)現(xiàn)控制并減少腐蝕,保證鍋爐安全運(yùn)行之目的。

2.1 沉積物垢下鹽堿腐蝕

當(dāng)鍋爐內(nèi)金屬表面附著有水垢時(shí),在其水垢下面會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的鹽堿腐蝕。

鍋爐內(nèi)金屬表面附著的沉積物腐蝕一般主要發(fā)生在鍋爐熱負(fù)荷較高的部位,如燃燒室附近及爐管的向火側(cè)等處。如果腐蝕速度達(dá)到1.5～5mm/a時(shí),一般鍋爐運(yùn)行5000～30000h(208～1250d)就會(huì)出現(xiàn)鍋爐管束腐蝕穿孔、裂紋,甚至爆管現(xiàn)象。

一般溫度在大約大于300℃時(shí),鍋爐內(nèi)金屬表面結(jié)晶結(jié)構(gòu)其反應(yīng)機(jī)理如下:

在此狀態(tài)下,鍋爐內(nèi)金屬表面形成的Fe3O4保護(hù)膜本身是非常致密的、具有良好的保護(hù)性能。如果破壞了此條件,此時(shí)鍋爐內(nèi)金屬表面形成的Fe3O4保護(hù)膜就會(huì)遭到破壞,就會(huì)使鍋爐內(nèi)金屬表面局部暴露,此時(shí)所產(chǎn)生的腐蝕就更集中,更加劇了局部的腐蝕速度。

根據(jù)分析,當(dāng)pH值為10～12時(shí),鍋爐爐水溶液對(duì)鍋爐內(nèi)金屬表面形成的 Fe3O4保護(hù)層的破壞腐蝕速度最小,當(dāng)pH值過(guò)低或過(guò)高都會(huì)使鍋爐內(nèi)金屬表面形成Fe3O4保護(hù)層的破壞腐蝕速度加快。在pH<8時(shí)腐蝕加快的原因是 H+起了去極化作用。在pH>13時(shí),腐蝕加快的原因是金屬表面的Fe3O4溶于溶液中而引起的反應(yīng),其反應(yīng)機(jī)理如下:

另外,當(dāng)鍋爐內(nèi)的金屬表面有沉積物時(shí),由于沉積物的傳熱性差,使得沉積物下的金屬管壁的溫度升高,因而滲透到沉積物下的爐水會(huì)發(fā)生急劇蒸濃的作用,結(jié)果使沉積物下的各種雜質(zhì)濃度變得很高,其水質(zhì)會(huì)與濃縮前完全不同,鍋爐內(nèi)金屬表面的腐蝕速度也會(huì)加快,這是目前中高壓鍋爐所常見(jiàn)的一種腐蝕形式。

因此,強(qiáng)化鍋爐軟水和鍋爐給水指標(biāo)的管理,制備合格的鍋爐軟水,保證提供給鍋爐的給水合格,控制好運(yùn)行中鍋爐爐水中pH值指標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)要求內(nèi)波動(dòng),做到及時(shí)監(jiān)控及時(shí)調(diào)控,減少鍋爐內(nèi)金屬表面沉積物,保證金屬的傳熱性暢通,減少局部管壁溫度升高現(xiàn)象,最大限度的保護(hù)鍋爐內(nèi)金屬表面形成Fe3O4保護(hù)層不被破壞,是降低鍋爐腐蝕速度的重要因素,也是提高鍋爐運(yùn)行周期的關(guān)鍵之一。

2.2 游離濃堿及爐管拉應(yīng)力作用造成苛性脆化

苛性脆化即是晶粒間的腐蝕,又稱(chēng)晶間腐蝕。一般鍋爐的金屬材質(zhì)為碳鋼,而碳鋼在堿性的氫氧化鈉的水溶液中會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕,而應(yīng)力腐蝕會(huì)使金屬本身產(chǎn)生裂紋,從而發(fā)生脆性斷裂。

在鍋爐運(yùn)行中,大多數(shù)鍋爐的水冷壁和聯(lián)箱等局部區(qū)域容易出現(xiàn)游離濃堿,同時(shí)又受到拉應(yīng)力作用,就會(huì)產(chǎn)生苛性脆化,形成苛性脆化的主要原因有:

1)當(dāng)鍋爐水pH值指標(biāo)超時(shí),鍋爐水中含有超標(biāo)的Cl-和O2及CO2時(shí),致使蒸汽帶有雜質(zhì)和水分,其品質(zhì)降低,隨著鍋爐爐水局部濃縮產(chǎn)生的游離濃堿使水中雜質(zhì)濃度變得很高,蒸汽帶有的雜質(zhì)也不斷增多,浸蝕金屬表面的腐蝕性也就加強(qiáng),造成金屬腐蝕加劇;

2)當(dāng)爐水中產(chǎn)生局部濃縮現(xiàn)象,使沉積物下的局部區(qū)域各種雜質(zhì)濃度變得很高,其水質(zhì)會(huì)與濃縮前完全不同,腐蝕速度迅速加快;

3)當(dāng)溶解在爐水中的O2和CO2氣體濃度變得很高時(shí),使鋼板(管)內(nèi)外表面腐蝕減薄,加之爐管受拉應(yīng)力作用,產(chǎn)生苛性脆化,強(qiáng)度顯著降低,不能承受額定壓力而破裂;

4)碳鋼在堿性的氫氧化鈉的水溶液中會(huì)發(fā)生晶間腐蝕,而晶間腐蝕會(huì)使金屬本身產(chǎn)生裂紋,從而發(fā)生脆性斷裂;

5)金屬中有接近屈服點(diǎn)的應(yīng)力。

苛性脆化的初期是不易被發(fā)現(xiàn)的,但是這種腐蝕進(jìn)展是非常迅速的,當(dāng)察覺(jué)到裂紋時(shí),金屬的損傷已達(dá)到嚴(yán)重的程度,輕者造成鍋爐不能使用,重者發(fā)生鍋爐爆炸事故。

2.3 司爐工操作不當(dāng)造成金屬疲勞腐蝕

鍋爐的金屬除了受侵蝕性介質(zhì)的腐蝕作用外,還經(jīng)常受方向不同和大小不一的各種外在應(yīng)力作用而產(chǎn)生裂紋,這種現(xiàn)象稱(chēng)之為疲勞腐蝕。這些裂紋,有時(shí)是穿晶的,有的是晶間的,也有兩種都有的,這是由于各種外在交變應(yīng)力作用的結(jié)果。這種腐蝕主要發(fā)生在鍋爐冷熱交變時(shí)、鍋爐金屬表面有干濕氣體交變時(shí)、鍋爐內(nèi)由于汽水混合物流速變化時(shí)、以及其他情況下產(chǎn)生的交替應(yīng)力的情況時(shí),這些情況下都會(huì)造成金屬疲勞發(fā)生腐蝕而造成裂紋。這種腐蝕主要是由于操作過(guò)程中不考慮物質(zhì)屬性,操作大起大落,違規(guī)操作造成的。

2.4 給水中溶解氧超標(biāo)腐蝕

溶解氧腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕,在腐蝕電池中,鐵的電位總是比氧的還原反應(yīng)電位低,所以鐵是電池的陽(yáng)極而遭到腐蝕,反應(yīng)式如下:

鐵受到溶解氧腐蝕后產(chǎn)生Fe2+,它在水中進(jìn)行的二次過(guò)程為:

由于水中溶解氧腐蝕而形成的二次產(chǎn)物比較疏松,沒(méi)有保護(hù)性,所以一旦在金屬表面的某個(gè)點(diǎn)發(fā)生腐蝕,就會(huì)持續(xù)下去,經(jīng)過(guò)不斷的電化學(xué)反應(yīng),二次產(chǎn)物層越積越厚,形成潰瘍鼓皰,而鼓皰下面越腐蝕越深,形成陷坑。

溶解氧腐蝕的判別方式:當(dāng)除去紅色氧化鐵帽時(shí),在穴中暴露有黑色的四氧化三鐵沉積物,則為溶解氧腐蝕;如果穴中沒(méi)有黑色的氧化鐵,或穴外無(wú)紅色氧化鐵時(shí),則為非溶解氧腐蝕。

隨著給水速度的提高和鍋爐熱負(fù)荷的增加,溶解氧腐蝕也隨之加劇。在給水管道和省煤器入口端特別容易受到溶解氧腐蝕,同時(shí)含有溶解氧的水進(jìn)入鍋爐后,大部分的氧氣將閃化進(jìn)入蒸汽,而在汽包的水線(xiàn)和給水汽包的空間部位產(chǎn)生特定的孔蝕,另外,后爐膛水冷壁也可能有嚴(yán)重的局部腐蝕。

溶解氧腐蝕會(huì)隨著水中溶解氧的增加和水溫的提高,腐蝕性也就越強(qiáng),當(dāng)爐水的pH值小于4或爐水處在強(qiáng)堿環(huán)境下腐蝕會(huì)加重。當(dāng)水中含有Cl-時(shí),由于其有破壞保護(hù)膜的能力,會(huì)促進(jìn)腐蝕加速。當(dāng)給水中同時(shí)含有O2和CO2時(shí),也會(huì)顯著加速腐蝕。因此,保證鍋爐給水的溶解氧指標(biāo)在合格范圍下線(xiàn)控制,加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行中的管理和操作,堅(jiān)決禁止向除氧器中添加大量補(bǔ)給水等現(xiàn)象,杜絕溶解氧腐蝕是保證鍋爐延長(zhǎng)運(yùn)行周期的關(guān)鍵之一。

雖然公司這幾臺(tái)鍋爐都配有除氧器,但由于鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)除氧器結(jié)構(gòu)不合理,鍋爐給水中的溶解氧經(jīng)常出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象,加之在運(yùn)行中由于管理不到位和操作責(zé)任心不強(qiáng),還時(shí)常存在著諸如送入除氧器的蒸汽量調(diào)節(jié)不及時(shí),溫度調(diào)節(jié)范圍過(guò)于寬泛,除氧器負(fù)荷變動(dòng)過(guò)大,間斷性向除氧器中添加大量補(bǔ)給水等現(xiàn)象,至使給水中的溶解氧時(shí)常超標(biāo)而進(jìn)入鍋爐,因此引起溶解氧腐蝕。

2.5 爐水中的酸性腐蝕

當(dāng)鍋爐爐水在偏酸性情況下,鍋爐內(nèi)金屬表面的鐵與酸反應(yīng)生成鐵離子并釋放出氫氣,同時(shí)氫原子與鋼中的碳反應(yīng)生成CH4使鋼脫碳,會(huì)使金屬沿晶界面產(chǎn)生裂縫,當(dāng)鍋爐壓力在3.5MPa以上時(shí),氫離子會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入金屬而使金屬變脆并導(dǎo)致組織損壞。反應(yīng)式如下:

酸性腐蝕又稱(chēng)脆性腐蝕,當(dāng)鍋爐管束內(nèi)的向火側(cè)已沉積了一層比較致密的沉積物,而且在爐水中有MgCl2和CaCl2類(lèi)物質(zhì),則沉積物下因酸性增強(qiáng)而產(chǎn)生腐蝕。或者有CO2與蒸汽一起流經(jīng)蒸汽管路時(shí),一部分CO2溶入水中形成 H2CO3而造成酸性腐蝕,腐蝕嚴(yán)重時(shí),管壁并未變薄就會(huì)爆管,危害性較大。

造成鍋爐酸性腐蝕的原因主要是:酸洗不當(dāng)造成;水處理樹(shù)脂再生異常造成;酸泄入爐水中及爐水中Na+和PO3-4比例偏低均會(huì)引起酸性腐蝕。因此,加強(qiáng)鍋爐水質(zhì)量監(jiān)控,定期做好酸洗和水處理樹(shù)脂再生,定期做好鍋爐水排污是保證避免酸性腐蝕的主要手段。

3 結(jié) 語(yǔ)

鍋爐腐蝕的原因錯(cuò)綜復(fù)雜,因此,鍋爐使用單位的每位管理者和運(yùn)行人員不但要學(xué)習(xí)鍋爐運(yùn)行的專(zhuān)業(yè)知識(shí),掌握設(shè)備情況,熟練操作技能,還要學(xué)會(huì)透過(guò)運(yùn)行中的一些異?，F(xiàn)象及時(shí)判斷鍋爐腐蝕的原因。結(jié)合鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行工況,預(yù)防各種腐蝕的發(fā)生。

1)要加強(qiáng)鍋爐給水和爐水水質(zhì)的質(zhì)量監(jiān)督,保證合格的鍋爐給水和爐水,杜絕不合格的鍋爐給水進(jìn)入鍋爐。

2)加強(qiáng)爐水堿度、酸度的控制與調(diào)節(jié),保證爐水pH指標(biāo)在鍋爐要求控制指標(biāo)范圍內(nèi),定期做好酸洗和水處理樹(shù)脂再生,定期做好鍋爐水排污。

3)要認(rèn)真加強(qiáng)鍋爐給水溶解氧控制,保證達(dá)到鍋爐使用標(biāo)準(zhǔn)要求,堅(jiān)決禁止向除氧器中添加大量補(bǔ)給水等現(xiàn)象。

4)要做好爐水中的腐蝕性成分分析,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。

5)加強(qiáng)司爐工的責(zé)任心教育,強(qiáng)化操作技能管理,堅(jiān)決禁止鍋爐驟冷驟熱,或者負(fù)荷波動(dòng)頻繁,杜絕嚴(yán)重缺水現(xiàn)象發(fā)生。

6)加強(qiáng)蒸汽壓力、流量及溫度變化的監(jiān)控,嚴(yán)禁流量變化頻繁,杜絕給水溫度過(guò)低現(xiàn)象。

7)從金屬材料屬性等多方面入手,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取行之有效的防治措施,杜絕突發(fā)現(xiàn)象的發(fā)生,才能確保鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

TK223.3

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1005-8370(2011)04-20-03

2011-02-15

查安麗(1962—),1999年畢業(yè)于北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院;工程師;現(xiàn)任新疆化工(集團(tuán))哈密堿業(yè)有限公司質(zhì)量環(huán)保部部長(zhǎng)。