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              锅炉腐蚀原因分析及预防

              2021-06-30  来自: 江苏润利锅炉有限公司 浏览次数:125

              某锅炉型号为 WNS6 - 1 1 25 Y, 运行 1 年后就发生了炉管腐蚀泄漏。 该锅炉补给水为一级软化水,与其他两台同型号锅炉共用一台热力除氧器除水中氧气。运行期间,锅内加 Na 2 CO 3 作为防垢剂。 锅炉运行经常昼夜间断,停炉期间不采取任何停炉保护措施。

              1 检验与分析

              1. 1宏观形貌分析

              割取了腐蚀穿透和已腐蚀未穿透的炉管,并对内部进行了检查,发现高热负荷区域的大部分炉管表面和炉胆表面局部腐蚀十分严重。炉管、炉胆表面均附着有褐色的沉积物。

              受腐蚀炉管表面有许多大小不等的鼓包, 鼓包外表黄褐色, 次层黑色,沉积物坚硬,附着性较强, 除去腐蚀产物后发现其下有溃疡状腐蚀坑,坑点密集,深度为 0 1 1 1 1 5 mm,有的已经穿透。炉胆上表面许多部位有明显的皿状腐蚀沟槽和腐蚀迹象,腐蚀坑深达 3 4 mm,腐蚀部位有坚硬的黑褐色的腐蚀产物。

              1. 2 管样化学成分分析

              结果见表 1.

              1  炉管管样主要成分 ( 质量分数 ) %

              项目    C    Si     Mn     P    S    Cr    Ni    Cu

              泄漏管样  0.19   0.20    0.56    0.011  0.007   0.06   0.05   0.14

              20g标准  ≤0.24 0.150.30 0.350.65 ≤0.035 ≤0.035

              质保书   0.20   0.20    0.57    0.014  0.011   0.07   0.05   0.17

                仅硫的结果有一些差别 , 但符合20g的标准。

              1. 3 显微分析

              对割取的腐蚀部位炉管管样进行了显微分析,发现泄漏管轴向截面的金相组织为索氏体+珠光体,具有带状趋向,晶粒度 8 9 级,从组织和夹杂物分布认为是正常的。

               

              1. 4 腐蚀产物分析

              从腐蚀产物分析可知,腐蚀产物主要是铁氧化物。腐蚀产物成分分析结果见表 2.

              2  腐蚀产物成分分析 ( 质量分数 ) %

              部位  缺氧化物  CaO  MgO  SiO2  P2O5  氯化物  酸不溶物  灼烧增率

              炉管   84.3   2.8   3.1   3.7   0.09   1.4    4.3    17.2

              炉胆   76.4   3.1  2.6   4.4  0.31   4.7    5.6     6.2

              1. 5 水质数据分析

              检查该锅炉运行水质分析记录,正常运行情况下,软化水全部合格,但碱度较高, 118 214 mmol/L

              炉水碱度一般在1218 mmol/LCl-一般在 300 370 mg/L,但在枯水期炉水Cl-很高可达820mg/L. 凝结回水pH值在5.06.1,给水铁质量浓度在0.31 0.42 mg/L,高于国标规定的标准0.3 mg/L。用便携式溶解氧测量仪现场测量了除氧器出水氧的质量浓度。发现即使在该锅炉停用的情况下, 除氧器出水的氧合格率50%

              在锅炉压力下,Na2CO3在锅炉内的分解率50%,在不考虑锅外加药情况下,1mol

              给水碱度(主要是NaHCO 3 ) 就产生 0.8 mol CO20.5 molNaOH,这是导致凝结回水呈酸性和炉水碱度偏高的主要原因。在pH< 7 条件下,金属表面保护膜会发生溶解产生大量的铁杂质并带入锅炉。

              2 腐蚀机理分析及结论

              2 .1氧腐蚀

              由于除氧器出水溶解氧含量超标,造成含氧的给水进入锅炉而造成炉管发生氧腐蚀, 使锅炉内产生了大量的氧腐蚀产物。而又因氧腐蚀产物的形成,加上炉水Cl-质量分数较高,又使 Cl-诱发氧浓差腐蚀。氧腐蚀点成为阳极,周围成为阴极。这样只要有氧存在,腐蚀就不断进行下去,腐蚀产物下炉管就会越腐蚀越深。

              2. 2 Fe2O3诱发腐蚀

              锅炉内的铁腐蚀产物的来源主要有3个途径:一是自身的氧腐蚀产物,一是未排出的停炉腐蚀产物,再就是给水带入的。从给水系统pH值偏低和给水铁含量超标可知,凝结水系统CO2酸腐蚀严重。这些进入锅炉内的铁氧化物中的Fe2O3,成了锅炉内腐蚀的去极化剂, 这时锅炉内会发生下列电化学腐蚀:

              阴极区:

              Fe2O3·nH2O+2e 2Fe(OH)2 + 2OH-+(n-3) H2O

              阳极区:

              Fe Fe2+ + 2e

              二次反应: Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2

              进一步氧化

              4Fe(OH)2 +O2 + 2H2 4Fe(OH) 3

              再转化

              2Fe(OH)3 + Fe(OH)2 Fe3O4 + 4H2O

              总反应: 2Fe + 2Fe 2 O3·nH2O +O2 Fe3O4 + nH2O

              这样 , 只要炉内存在 Fe2O3 , 就会使腐蚀反应不断进行 .

              2.3 介质浓缩碱腐蚀

              从炉胆表面的腐蚀状况和腐蚀产物分析来看,炉胆的腐蚀与炉管的腐蚀有所不同,炉胆的腐蚀是介质浓缩碱腐蚀为主。这类锅炉炉胆的热负荷很高,而且炉水循环不畅,该压力下给水碱度的一半在锅炉内分解产生了NaOH,所以沉积的铁腐蚀下就会由于蒸发而发生浓缩而产生侵蚀性的浓 NaOH,尽管这种浓缩的炉水可能会在又有炉水的渗入而发生稀释,但是,这种渗入 ———蒸浓 ———再渗入 ———再蒸浓过程一直进行,宏观、动态地看,沉积物下可一直存在一个高浓度NaOH 的炉水,而且越靠近炉胆处浓度越高。这时钢铁表面的保护膜Fe3O4首先和浓NaOH反应,随后其下的基体金属铁也和NaOH反应,产生铁酸钠和亚铁酸钠。而这两种物质又可与渗入的炉水发生水解反应,生成氧化铁和氧化亚铁腐蚀产物和NaOH,后者又继续腐蚀金属,整个过程中NaOH并不消耗。发生这种腐蚀时,检测炉水的碱度和pH值很难发现局部的高浓度碱,极严重情况下沉积物下NaOH的质量分数可达 15 %

              综合起来,该锅炉由于给水中氧不合格和炉水碱度较高引发了系统不同部位的氧腐蚀、CO2酸腐蚀以及碱腐蚀,而铁腐蚀产物在炉胆表面沉积是引发介质浓缩碱腐蚀的一个主要原因。Fe2O3引起的电化学腐蚀在发生氧腐蚀和碱腐蚀的部位都有可能发生。

              3 采取的措施及建议

              锅炉在更换损坏的炉管后对锅炉进行酸洗除垢清除锅炉内部的铁锈、焊渣、杂质等。锅炉运行期间给水添加化学除氧剂催化Na2SO3于软化水箱中,保证给水溶解氧质量浓度 < 0.1mg/L,控制炉水中SO2-质量浓度在1030mg/L。在保证软化水硬度合格条件下,给水适当添加NH3调节pH8.5,停止向炉内加 Na2CO3,改为Na2HPO4作阻垢剂,控制炉水PO3-质量浓度在1015mg/L,以降低炉水碱度。同时锅内添加复合有机络合剂以除去锅炉内残余的铁杂质。

              同时锅炉在停用期间,根据情况采取停炉保护措施,短期(13d)不放炉水,维持0.20.3 MPa 蒸汽压力,带压保护。超过3d采用Na2SO3(200300mg/L)+Na3PO4(质量分数为0. 3 % 0.5 %) +NaOH( 质量分数为0.1 %),添加NaOH主要是因为NaOH可在金属表面形成碱性吸附保护膜。而且重新启动后应加强对不合格炉水的排放。

              采取上述措施后,炉水碱度控制在8.014mmol/L 范围,凝结水pH上升到 7.58.0, 给水铁含量降低到0.080.10mg/L。炉内高热负荷区挂片表明没有明显的局部腐蚀,结垢速率 < 0.3 mm/a

              对于原水碱度高的情况,也可以采用强弱型离子交换树脂炉外脱碱软化,即用强酸离子交换树脂和弱酸离子交换树脂组成双层床,失效后用质量分数为3 % HCl加质量分数为4. 5 % NaCl 组成的混合液作再生剂。

              如果原水水质稳定这种设备比H-Na离子交换系统操作简单。

              关键词: 锅炉   腐蚀   原因   预防  

              本公司专业设计、制造电站锅炉、工业锅炉、导热油炉锅炉和压力容器等。

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