锅内腐蚀基础知识介绍

一、腐蚀类型

    金属表面和它接触的物质发生化学或电化学作用，使金属从表面开始破坏，这种破坏称为腐蚀。例如，铁器生锈和铜器长铜绿等，就是铁和铜的腐蚀。

    腐蚀有均匀腐蚀和局部腐蚀两类。

    (一) 均匀腐蚀。均匀腐蚀是金属和人侵蚀性物质相接触时，整个金属表面都产生不同程度的腐蚀。

    (二) 局部腐蚀。局部腐蚀只在金属表面的局部位置产生腐蚀，结果形成溃疡状、点状和晶粒间腐蚀等。图13-13中所示的是各种腐蚀形状。

图13-13  腐蚀类型

    1．溃疡状腐蚀。这种腐蚀是发生在金属表面的别点上，而且是逐渐往深度发展的。

    2．点状腐蚀。点状腐蚀与溃疡腐蚀相似，不同是点状腐蚀的面积更小，直径在0.2~1毫米之间。

    3．晶粒间腐蚀。晶粒间腐蚀是金属在侵蚀性物质(如浓碱液)与机械应力共同作用下，腐蚀是沿着金属晶粒边界发生的，其结果使金属产生裂纹，引起机械性能变脆，造成金属苛性脆化。

    4．穿晶腐蚀。穿晶腐蚀是金属在多次交变应力(如振动或温度、压力的变化等)和侵蚀性介质(碱、氯化物等)的作用下，腐蚀穿过晶粒发生的，其结果使金属机械性变脆以致造成金属横向裂纹。

    总之，局部腐蚀性能在较短的时间内，引起设备金属的穿孔或裂纹，危害性较大；均匀性腐蚀虽然没有显著缩短设备的使用期限，但是腐蚀产物被带入锅内，就会在管壁上形成铁垢，引起管壁的垢下腐蚀，影响安全经济运行。

    二、给水系统的腐蚀因素

    给水系统是指凝结水的输送管道、加热器、疏水的输送管道和加热设备等。这些设备的腐蚀结果，不仅使设备受到损坏，更严重的是使给水受到了污染。

    给水虽然是电厂中较纯净的水，但其中还常含有一定量的氧气和二氧化碳气。这两种气体是引起给水系统金属腐蚀的主要因素。

    1．水中溶解氧。若水中溶解有氧气，能引起设备腐蚀，其特征一般是在金属表面形成许多小型鼓包，其直径由一毫米至30毫米不等。鼓包表面的颜色有黄褐色或砖红色，次层是黑色粉末状的腐蚀产物。当这些腐蚀产物被清除后，便会在金属表面出现腐蚀坑。

    氧腐蚀容易发生的部位，是给水管道、疏水系统和省煤器等处。给水经过除氧后，虽然含氧量很小，得是给水在省煤器中由于温度较高，含有少量氧也可能使金属发生氧腐蚀。特别是当给水除氧不良时，腐蚀就会更严重。

    2．水中溶解CO2。二氧化碳溶于水后，能与水结合成为碳酸(H2CO3)，使水的pH值降低。当CO2溶解到纯净的给水中，尽管数量很微小也能使水的pH值明显下降。在常温下纯水的pH值为7.0，当水中CO2的浓度为1毫克/升时，其pH值由7.0降至5.5。这样的酸性水能引起金属的腐蚀。

    水中二氧化碳对设备腐蚀的状况是金属表面均匀变薄，腐蚀产物带入锅内。

    给水系统中容易发生CO2腐蚀的部位，主要是凝结水系统。当用化学除盐水做为补给水时，除氧器后的设备也可能由于微量CO2而引起金属腐蚀。

    3．水中同时含有O2和CO2。当水中同时含有O2和CO2时，金属腐蚀更加严重。因为氧和铁产生电化学腐蚀形成铁的氧化物或铁的氢氧化物，它们能被含有CO2的酸性水所溶解。因此，CO2促进了氧对铁的腐蚀。

    这种腐蚀状况是金属表面没有腐蚀产物，腐蚀呈溃疡状。

    腐蚀部位常常发生在凝结水系统，疏水系统和热网系统。当除氧器运行不正常时，给水泵的叶轮和导轮上均能发生腐蚀。

    三、腐蚀的防止方法

    防止给水系统腐蚀的主要措施，是给水的除氧和氨处理。

    1．给水除氧。去除水中氧气 的方法有势力除氧法和化学除氧化。其中以热力除氧为主，化学除氧为辅的办法。

    (1) 热力除氧法。氧气和二氧化碳气在水中的溶解度与水的温度、氧气或二氧化碳气的压力有关。若将水温升高或使水面上氧气或二氧化碳气的压力降低，则氧气或二氧化碳气在水中的溶解度就会减小而逸掉。当给水进入除氧器时，水被加热而沸腾，水中溶解的氧气和二氧化碳气，就会从水中逸出并随蒸汽一起排掉。

    为了保证能比较好地把给水中的氧除去，除氧器在运行时，应做到以下几点：

    ① 水应加热到与设备内的压力相当的沸点，因此，需要仔细调节蒸汽供给量和水量，以维护除氧水经常处于沸腾状态。在运行中，必须经常监督除氧器的压力、温度、补给水量、水位和排气门的开度等。

    ② 补给水应均匀分配给每个除氧器，在改变补给水流量时，应不使其波动太大。

    对运行中的除氧器，必须有计划地进行定期检查和检修，防止喷嘴或淋水盘脱落、盘孔变大或堵塞。必要时，对除氧器要进行调整试验，使之运行正常。

    (2) 化学除氧法。电厂中用作化学除氧药剂的有：严硫酸钠(Na2SO4)和联氨(N2H4)。亚硫酸钠只用作中压电厂的给水化学除氧剂，联氨可作为高压和高压以上电厂的给水化学除氧剂。联氨能与给水中的溶解氧发生化学反应，生成氮气和水，使水中的氧气得到消除：

N2H4+O2→N2+2H2O

上例反应生成的氮气是一种很稳定的气体，对热力设备没有任何害处。此外，联氨在高温水中能减缓铁垢或铜垢的形成。因此，联氨是一种较好的防腐防垢剂。

    联氨与水中溶解氧发生反应的速度，与水的pH值有关。当水的pH值为9~11时，反应速度大。为了使联氨与水中溶解氧反应迅速和*，在运行时应使给水为碱性。

    当给水中残余的联氨受热分解后，就会生成氮气和氨：

3N2H4→N2+4NH3

    产生的氨能提高凝结水的pH值，有益于凝结水系统的防腐。但是，过多的NH3会引起凝结水系统中铜部件的腐蚀。在实际生产中，给水联氨过剩量，应控制在20~50ppb之内。

    联氨的加入方法：将联氨配成0.1~0.2%的稀溶液，用加药泵连续地把联氨溶液送到除氧器出口管，由此加入给水系统。

    联氨具有挥发性、易燃、有毒。市售联氨溶液的浓度为80%。这种联氨浓溶液应密封保存在露天仓库中，其附近不充许有明火。搬运或配制联氨溶液的工作人员，应配带眼镜、口罩、胶皮手套等防护用品。

    2．给水氨处理。这种方法是向给水加入氨气或氨水。氨易溶于水，并与水发生下列反应使水呈碱性：

NH3+H2O→NH4OH

    如果水中含有CO2时，则会和NH4OH发生下列反应：

NH4OH+CO2→NH4HCO3

    当NH3过量时，生成的NH4HCO3继续与NH4OH反应，得到碳酸铵：

NH4OH+NH4HCO3→(NH4)2CO3+H2O

    由于氨水为碱性，能中和水中的CO2或其他酸性物质，所以能提高水的pH值。一般给水的pH值应调整在8.5~9.2的范围内。

    氨有挥发性，用氨处理后的给水在锅内蒸发时，氨又能随蒸汽带出，使凝结水系统的pH值提高，从而保护了金属设备。但是使用这种方法时，凝结水中的氨含量应小于2~3毫克/升；氧含量应小于0.05毫克/升。

    加到给水中的氨量，应控制在1.0~2.0毫克/升的范围内。

    此外，某些胺类物质，如莫福林和环已胺，它们溶于水显碱性，也能和碳酸发生中和反应，并且胺类对铜、锌没有腐蚀作用。因此，可以用其来提高给水的pH值。由于这种药品价格贵，又不易得到，所以目前没有广泛使用。

    四、锅内腐蚀的种类

    当给水除氧不良或给水中含有杂质时，可能引起锅炉管壁的腐蚀。

    锅内常见的腐蚀有以下几种：

    1．氧腐蚀。金属设备在一定条件下与氧气作用引起的腐蚀，称为氧腐蚀。

    当除氧器运行不正常，给水含氧量超过标准时，首先会使省煤器的进口端发生腐蚀；含氧量大时，腐蚀可能延伸到省煤器的中部和尾部，直至锅炉下降管。

    锅炉在安装和停用期间，如果保护不当，潮湿空气就会侵入锅内，使锅炉发生氧腐蚀。

    这种氧腐蚀的部位很广，凡是与潮湿空气接触的任何地方，都能产生氧腐蚀，特别是积水放不掉的部位更容易发生氧腐蚀。

    2．沉积物下的腐蚀。金属设备表面沉积物下面的金属所产生的腐蚀，称为沉积物下的腐蚀。造成锅炉沉积物下面的金属发生腐蚀的条件是炉口含有金属氧化物、盐类等杂质，在锅炉运行条件下发生下列过程：

    首先，炉水中的金属氧化物，在锅炉管壁的向火侧形成沉积物。

    然后，在沉积物形成的部位，管壁的局部温度升高，使这些部位炉水高度浓缩。

    由于这些浓缩的锅炉水中含有的盐类不同，可能发生酸性腐蚀，也可能发生碱性腐蚀。

    (1) 酸性腐蚀。当锅炉水中含有MgCl2或CaCl2等酸性盐时，浓缩液中的盐类发生下列反应：

MgCl2+2H2O→Mg(OH)2↓+2HCl

CaCl2+2H2O→Ca(OH)2↓+2HCl

    产生的HCl，增强了浓缩液的酸性，使金属发生酸性腐蚀。这种腐蚀的特征是沉积物下面有腐蚀坑。坑下金属的金相组织有明显的脱碳现象，金属的机械性能变脆。

    (2) 碱性腐蚀。当炉水中含有NaOH时，在高度浓缩液中的NaOH能与管壁的Fe3O4氧化膜以及铁发生反应：

Fe3O4+4NaOH→2NaFeO2+Na2FeO2+2H2O

Fe+2NaOH→Na2FeO2+H2↑

反应结果使金属发生碱性腐蚀。

    碱性腐蚀的特征，是在疏松的沉积物下面有凸凹不平的腐蚀坑，坑下面金属的金相组织没有变化，金属仍保持原有的机械性能。

    沉积物下腐蚀，主要发生在锅炉热负荷较高的水冷壁管向火侧。

    3．苛性脆化。苛性脆化是一种局部腐蚀，这种腐蚀是在金属晶粒的边际上发生的。它能削弱金属晶粒间的力，使金属所能承受的压力大为降低。当金属不能承受炉水所给予的压力时，就会产生极危险的炉管爆破事故。

    金属苛性脆化是在下面因素共同作用下发生的：

    (1) 锅炉中含有一定量的游离碱(如苛性钠等)。

    (2) 锅炉铆缝处和胀口处有不严密的地方，炉水从该处漏出并蒸发、浓缩。

    (3) 金属内部有应力(接近于金属的屈服点)。

    4．严硝酸盐腐蚀。高参数的锅炉应注意严硝酸盐引起的腐蚀。亚硝酸盐的高温情况下，分解产生氧，使金属发生氧腐蚀。腐蚀的特征呈溃疡状。这种腐蚀在上升管的向火侧比较严重。

    五、防止锅内腐蚀的措施

    1．保证除氧器的正常运行，降低给水含氧量。

    2．做好补给水的处理工作，减少给水杂质。

    3．做好给水系统的防腐工作，减少给水中的腐蚀产物。

    4．防止凝汽器泄漏，保证凝结水的水质良好。

    5．做好停炉的保护工作和机组启动前汽水系统的冲洗工作，防止腐蚀产物带入锅内。

    6．在设计和安装时，应注意避免金属产生应力。对于铆接或胀接的锅炉，为防止苛性脆化的产生，在运行时可以维护炉水中苛性钠与全固形物的比值小于或等于0.2(即≤0.2)。

    7．运行锅炉应定期进行化学清洗，清除锅内的沉积物。