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[行业技术文章]高压锅炉水侧腐蚀及防治

更新:2013-02-28

   摘  要:经由过程对220t/h高压汽锅的运行状态分析和研究,和在马来西亚TITAN公司公用工程部工作的经验和体味,经过对高压汽锅水侧管路的采样分析及常见侵蚀的状态调研,得出了高压汽锅管道水侧的侵蚀缘由和防治方式,为高压汽锅的平安、稳定运行提供了靠得住的理论和现实依据。 

      高压汽锅的给水经过预处置和离子交换等工艺进程后,水中的悬浮物、胶体及消融性盐类均已除往,但水中还消融有各类气体(有中心脱气器的情况除外),这些气体中的氧气和二氧化碳能引发汽锅给水系统的侵蚀。侵蚀不仅造成经济上的损失,同时侵蚀产物进人汽锅水中,使水中杂增多,加重了汽锅受热面的结垢,影响其传热效果,而且还会促进水侧的侵蚀。

  高压汽锅水侧侵蚀的缘由,主要有消融氧侵蚀、沉淀物垢下侵蚀、酸性侵蚀、碱性侵蚀、碱性脆化、铜氨化合物侵蚀、冲蚀等。以下针对高压汽锅常见的侵蚀作具体分析,并提出一些切可实行的防治方式。

  1 消融氧侵蚀

  1.1 侵蚀缘由

  消融氧侵蚀是一种电化学侵蚀,铁和氧形成两个电极,组成侵蚀电池,在侵蚀电池中铁的电位总是比氧的电极电位低,所以铁是电池的阳极,而遭到侵蚀。反应机理见图1。  

  由于这些生成物比力疏松,没有庇护性,一旦在金属概况的某一点发生侵蚀,就会延续下往。究其缘由主要有两方面,一方面是氧化铁帽中发生一种酸性溶液,加速了铁的消融及提高了导电度;另外一方面生成氧化铁帽,侵蚀产物阻止了氧的扩散,在侵蚀产物下形成缺氧的阳极区,外部便形成了富氧的阴极区,从而组成了一个浓差电池,两部门的差异,加速了侵蚀反应。

  消融氧侵蚀的判别方式:当除往红色氧化铁帽时,在穴中表露有黑色的四氧化三铁沉积物,则为消融氧侵蚀;若是没有黑色的氧化铁在穴中,或穴外无红色的氧化铁时,则为非消融氧侵蚀。

     消融氧侵蚀随着水中的溶氧的增加和水温的提高,侵蚀性也就愈强。
 
      当PH值小于4或年夜于14时,侵蚀会加年夜。当PH值小于4时,金属概况不容易形成庇护膜;当水的PH值介于4和14之间时,金属概况上形成一种致密的氢氧化物庇护膜,所以侵蚀速度会下降;当PH值年夜于14时,由于Fe3O4 庇护膜在碱性溶液中消融,侵蚀速度会重新上升。 

      水中离子的化学组成分歧,消融氧的侵蚀速度也有所分歧。如水中含有Cl-  ,Cl-有破坏庇护膜的能力,因而会促进侵蚀;如水中含有  、 等,则可促进庇护膜的生成,可以减缓侵蚀。

      含有消融氧的水进进汽锅后,年夜部门的氧气将闪化进进蒸汽,而在汽包的水线和给水进汽包的空间发生特定的孔蚀,另外后炉膛水冷壁也可能有严重的局部侵蚀。 

      随着给水速度的提高和汽锅热负荷的增加,消融氧侵蚀也会随之加重。 给水管道和省煤器进口端出格容易遭到消融氧侵蚀。

  1.2 防治方式

      (1)未除氧之前热收受接管系统及管路,宜选择耐侵蚀的金属材料或庇护涂层。

      (2) 配制合适的除氧器,表1给出了三种经常使用的除氧器装备(即真空除氧器、开放式除氧器、喷湿式除氧器),其中高压汽锅普遍采用喷湿式除氧器。

      (3)采用化学除氧法。凭据操作压力和温度,选用适当的除氧剂,一般高压汽锅宜选用不会增加溶存固体物的有机脱氧剂,凡是选用联氨(N2H4),而中、低压汽锅可采用亚硫酸钠。

      由于联氨毒性较高,现阶段有机脱氧剂已渐渐使用较低毒性的脱氧剂取代联氨,如对氧环已环、环已胺、乙二胺、对苯二酚、碳酰肼等。

      (4)给水加氨(NH3)处置。经由过程加氨处置,提高给水的PH值,PH值应控制在8.5~9.2之间比力合适。

  2 沉积物下侵蚀

  2.1 侵蚀缘由

      当汽锅内金属概况附着有水垢或水渣时,在其下面会发生严重的侵蚀,这类侵蚀与汽锅水的局部浓缩有关,沉积物侵蚀主要发生在水冷壁管沉积物的下面,通常为热负荷较高的位置。如喷燃器四周,炉管的向火侧等处。若是沉积物下侵蚀速度到达1.5~5mm/s时,一般汽锅运行5000~30000h就会泛起侵蚀穿孔,甚至爆管等。

       反应机理: 

       若是补给水中含碳酸盐或凝汽器泄漏,而冷却水是碳酸盐含高的河水,这将使汽锅水泛起游离NaOH。 

      这样使沉积物下蒸浓炉水,PH值上升到13 以上,破坏了庇护膜,从而发生了碱对金属的侵蚀。  

  这样使沉积物下蒸浓炉水,PH值快速下降,破坏了庇护膜,发生酸对金属的侵蚀。

  2.2 防治方式

      (1)新装汽锅投进运行之前,必需进步前辈行化学清洗。汽锅运行以后,要定期清洗,以便能即时地除往金属管壁上的沉积物和侵蚀产物。

      (2)削减给水中的铜和铁的离子含。

      (3)做好汽锅的停用庇护工作,避免停用侵蚀,以免炉管金属概况上有侵蚀物附着。

     (4)选用合适的炉水处置方式,调理炉水水。

  3 酸性侵蚀

  3.1 侵蚀缘由

     在酸性水中,铁与酸反应生成铁离子并释放出氢气,同时氢原子与钢中的碳反应生成CH4,脱碳会使金属沿晶界面发生裂缝。汽锅压力在3.5MPa以上时,氢离子会快速扩散进进金属而使金属变脆而损坏。  

     CO2与蒸汽一起流经饱和蒸汽和过热器管路、汽轮机,然后一部门被抽汽器抽走,另外一部门溶进水中,形成H2CO3弱酸,H2CO3部门解析而发生H+,造成侵蚀。 

     易发生CO2 酸性侵蚀的部位,凡是在凝汽器至除氧器之间的凝结水系统。另外,在螺牙管配件、疏水器的下部和控制阀等会发生压力突然改变和非凝结性气体浓缩的地方也会形成沟形的侵蚀。

     在以地表水作汽锅补给水源时,会发生无机酸侵蚀。

     冷却水因冷凝器水泄漏进进汽锅后,炉水的PH值会下降,形成酸蚀。出格是以挥发性处置的炉水,侵蚀会加倍严重。 

     一般给水PH值在6~7之间时,碳钢和铜合金将会遭到严重的酸蚀,并破坏庇护层。

     汽锅酸洗不妥,水处置树脂再生异常,炉水中Na和PO4比例偏低,也会造成酸蚀。

 3.2 防治方式

    (1)装设水接连监控装备,掌握水的变化情况,以便实时接纳需要的措施。
    (2)添加中和胺等,抑制酸性侵蚀的发生。
    (3)控制Na和PO4 比例,避免酸性侵蚀。PH和磷酸盐的控制见图3。

 4 碱性侵蚀

 4.1 侵蚀缘由

     游离碱会在多孔性沉积物和炉管金属概况间浓缩,过渡浓缩的碱会消融金属庇护膜而形成铁酸根与次铁酸根离子的混和物。 

     此碱侵蚀出格容易发生在传热较年夜的地方和沉积物下。碳钢与水接触PH值在8.5~10.3时,一般不会发生碱性侵蚀见图4。 

 4.2 防治方式

    (1)严酷控制PH/PO4比例;
   (2)使用适当的涣散剂,以涣散沉积物的发生;
   (3)控制炉水游离碱,避免局部高浓度的游离碱的发生。

 5 碱性脆化

 5.1 侵蚀缘由

   碳钢在氢氧化钠的水溶液中发生的应力侵蚀,使金属自己发生裂纹,发生脆性断裂,年夜大都汽包汽锅的水冷壁和联箱是用低碳钢制造。运行时,若是在水冷壁和联箱局部位置泛起游离浓碱,同时又遭到拉力作用,就会发生碱脆。形成碱性脆化的主要缘由有:

     (1)汽锅水中含有游离NaOH; 
    (2)汽锅水发生局部浓缩。如胀接或铆接的汽锅,在胀接口或铆接处可能有不周密的地方,因而发生水局部浓缩;
    (3)受拉力作用;
    (4)晶粒间含有杂;
    (5)不正常的焊接造成应力。

  5.2 防治方式

    (1)汽锅用焊接取代铆接或胀接;
   (2)庇护汽锅水相对碱度小于0.2(相对碱度=游离NaOH/总含盐);
   (3)选择合理的锅内水处置方式,协调PH和 PO4的。

 6 铜氨化合物侵蚀

 2.6.1 侵蚀缘由

    在PH值8.3以上且含有消融氧的情况下,氨会侵蚀以铜合金为材的冷凝管。 

    氨的来历主要有两方面:

    (1)脱氧剂。如N2H4 ,在205℃下热分化,在330℃完全分化      
    (2)中和胺。如吗啉、环已胺等,其热安宁性见表2,其实验条件为给水胺浓度以34ppm,添加且以100%补给水(无收受接管冷凝水条件下)。 

  6.2 防治方式

    (1)控制脱氧剂有适当的残余,以确保无消融氧的存在。
    (2)选择热安宁性好的脱氧剂及中和胺,在饱和蒸汽中控制游离氨在0.3ppm以下。

  7 停用侵蚀

  7.1 侵蚀缘由

    汽锅停用时如不接纳有用的庇护措施,汽锅水侧的金属概况会发生严重的停用侵蚀。发生停用侵蚀的缘由主要有:

    (1)外界空气年夜进进汽锅;
    (2)汽锅含有部门没法排尽的水;
    (3)水汽系统内湿渡过年夜,金属概况形成水膜。

 2.7.2 防治方式

    (1)阻止空气进进汽锅水汽系统内部。如采用充氮法、庇护蒸汽压力法等。
    (2)下降水汽系统内部的湿度。如采用烘干法、干燥剂法等。
    (3)加缓蚀剂,使金属概况生成庇护膜,或加除氧剂,除往水中的消融氧。

  8 冲击侵蚀

  8.1 侵蚀缘由

    (1)在冷凝水管中汽水夹杂流动速度变化剧烈而在弯头处冲洗管壁,引发冲洗处管壁变薄而致使破裂。
    (2)水流流速高、流动紊乱和不竭形成湍流区的局部位置。
    (3)除氧器位置太低,高温水经给水泵会瞬间气化,汽泡会使给水泵发生麻点般的穴蚀。

  8.2 防治方式 

     (1)在设计上尽地削减弯头数和湍流区;
    (2)改善除氧器和给水泵的位置。

  9 结语

高压汽锅水侧侵蚀的成因扑朔迷离,若何做好高压汽锅水侧侵蚀的防治,需要连系汽锅的设计和运行工况,综合分析侵蚀的根源,从消融氧、PH值、水溶液氧化还原电位、流速、温度、热负荷、水、应力、金属材料等诸方面着手,拟定一套行之有用的防治措施,才能确保高压汽锅的平安、稳定、经济运行