锅炉长期停炉保护方法

2011-04-14丁姗姗

设备管理与维修 2011年12期

丁姗姗

停炉腐蚀即在锅炉等热力设备停运期间，没有采取有效保护措施，在锅炉水汽侧的金属表面所发生的一种腐蚀，实质上是一种氧腐蚀。停炉腐蚀的危害很大，不但会损坏金属设备本身，在金属表面留下面积较大的蚀坑和针状蚀孔，从而成为机组再启动运行时诱发危害的源点，而且会使炉管结垢速率增大，加剧锅炉的运行腐蚀，导致炉管爆裂和清洗频率增加。所以停炉腐蚀不仅会造成直接和间接经济损失，而且还会严重危及热力机组的安全运行。为此，在停炉备用或检修期间，实施停炉保护极其重要。

现有技术成熟的停炉保护方法主要有两类：干法保护和湿法保护。干法保护主要包括热炉放水余热烘干法、负压余热烘干法、邻炉热风烘干法、干燥剂去湿法、充氮法及气相缓蚀剂法。湿法保护主要有氮水法、氨-联氨法、蒸汽压力法与给水压力法。这些方法中，能用于长期（1年以上）停用保护的不多。能用于长期停用保护的方法，主要有充氮法、二甲基酮肟保护法、氨-联氨法、联合保护法、气相缓蚀剂法及成膜胺保护法。

一、充氮保护法

充氮保护法就是在锅炉的汽水系统中充入氮气，使其压力大于大气压力从而阻止空气进入锅炉的一种停炉保养方法。该方法是从锅炉最高处将氮气充入汽水系统，迫使空气从锅炉最低处排出，并保持汽水系统压力在0.1～0.2MPa。由于氮气是惰性气体，不会在水中与锅炉金属发生化学反应，而且锅内氮气压力大于大气压力，空气也不能进入锅内。充氮保护法是一种长期停炉的简易、可靠的保养方法，它几乎适用于各种结构的锅炉停用保护。但此法有一些具体要求：一是需保证氮气纯度在99%以上；二是满水充氮时，应加入一定量的氨和联氨，调节炉水的pH值到10以上；三是充氮期间，应保持系统严密，并经常检查系统内氮气压力及严密性。由于此法所需的氮气量大和对锅炉的密封性要求高，因而该方法并没有被大量采用。河北沧州发电厂热电工程2台WGZ130/9.81型锅炉采用了充氮停炉保护方案，在锅炉充氮保护进行过程中，维持了系统密封的严密性，保持了氮气站压力表表压的恒定，经过2年的维护，热电工程恢复建设完成后检查省煤器、汽包和过热器等部位无明显的腐蚀现象，锅炉充氮保护工作达到了预期目标，对新炉保护后的防腐效果明显，起到了对锅炉设备的防腐保护效果。锅炉启动试运后，机组运行状况良好，达到了正常出力运行，机组并网后，各项水汽理化指标均在优良范围内。

二、二甲基酮肟保护法

二甲基酮肟是作为除氧剂和钝化剂对锅炉进行湿法保护的常用药剂，它不仅具有强还原性，而且对金属表面具有钝化作用。其实施办法是将预先准备的二甲基酮肟药液加入给水箱，药液根据锅炉容积按300～400mg/L浓度计算较为合适，同时用NH3调整pH至10.5以上（当金属形成保护膜后，pH随之下降，但在一定范围内，仍具有良好保护效果），循环均匀，将溶液充入过热器，给水箱补水、补药后继续循环均匀，再进入再热器。但采用二甲基酮肟法保护时应注意的是，它对HSn70-1黄铜有一定腐蚀作用，因此应尽可能避免使保护液与铜或铜合金制件接触；另外虽然二甲基酮肟作为一种新的除氧剂，具有低毒、高效、废液处理方便等优点，可取代毒性较大的联氨，用于锅炉的长期停用保护，但是存在的主要问题是二甲基酮肟的浓度测定方法还不完善。

华东电力试验研究院对二甲基酮肟的缓蚀效果进行实验室试验表明，利用二甲基酮肟进行停用保护，初期要严格控制pH＞10.6，浓度可根据保护期长短而定，停用期超过半年时，浓度宜选择在200～500mg/L。近来，有不少电厂采用了二甲基酮肟保护法，这种保护液具有比较好的防蚀效果，望亭发电厂在其1000t/h的亚临界直流炉采用了二甲基酮肟充液保护，时间持续1年以上，保护效果不错，并且机组重新启动时表现良好，此法值得推广应用。

三、联氨保护法

1.氨-联氨保护法

锅炉停运后，把汽包内存水放尽，充入联氨并用氨调节pH值的给水，保持水中联氨过剩量在200mg/L以上，水的pH值为10～10.5。此法适用于长期停用、冷态备用或封存的锅炉保护，在保护期内，应定期检查联氨浓度与pH值。

应用氨-联氨法保护的锅炉再启动时，应先将联氨-氨液排放干净，并彻底冲洗。锅炉点火后，应先向空排气，至蒸汽中氨含量＜2mg/kg时方可送汽，以免氨浓度过大而腐蚀铜管。对排放的联氨-氨保护液，要进行处理后才可排放，以防止污染。由于用联氨-氨法保护时，温度为常温，所以联氨的主要作用不是直接与氧反应而除去氧，而是起阳极缓蚀剂或牺牲阳极的作用，因而联氨的用量必须足够。

2.联合保护法

因单靠一种保护方法很难有效地防止锅炉的停用腐蚀。联合保护法中最常见的是充氮的湿式保护法，其方法是在锅炉停运后，先完成汽包内换水，充入氮气，并加联氨与氨，使联氨量达200mg/L以上，水的pH值达10以上，氮压保持在0.03MPa以上，对于长期保护，联氨量还需增加。虽然这种方法比其他各种单一的保护方法效果更好，但操作繁琐，应用的较少。

四、气相缓蚀剂法

气相缓蚀剂是一种在常温下能自动挥发出缓蚀性气体的防锈材料，用于停用锅炉的保养时，只要将锅炉水放尽，向锅炉内撒入气相缓蚀剂粉末或在锅炉内放入盛有气相缓蚀剂的托盘，然后密封锅炉，缓蚀剂就能够自动挥发到锅炉内各个角落，从而使锅炉金属表面都受到保护。防腐过程由两步完成，一是气相缓蚀剂在潮湿金属或潮湿空气作用下，水解或解离成挥发性物质，到达金属表面；二是气相缓蚀剂在金属表面形成保护膜使金属钝化并通过已形成的保护膜达到预防腐蚀的目的。

1.气相缓蚀剂的作用机理

气相缓蚀剂挥发而使得空间被未电离的分子所饱和，这些分子和水汽被金属表面吸附后发生电离而吸附在金属表面，形成一层保护膜，从而发挥缓蚀作用。目前，国内外使用较多的是胺的有机酸盐和无机酸盐，如亚硝酸二环己胺，亚硝酸二异丙胺等。气相缓蚀剂法具有可以到达保护剂难以接触到的金属表面的特点，因此，特别适合锅炉内部复杂管道的保护，同时，气相缓蚀剂在水中有一定的溶解度，即使在湿度较大的情况下也具有较强的还原能力。已开发的用于锅炉停用保护的HL-911缓蚀剂是有机铵盐和无机铵盐及其他助剂组成的混合物，具有较好的停用保护效果。应用时，可将气相缓蚀剂汽化注入锅炉的水汽系统，或者依靠负压将缓蚀剂吸入，也可将其配成溶液喷涂在金属表面，或者包于纱布中直接悬挂于锅炉内。

2.影响气相缓蚀剂法保护效果的因素

蒸汽压。蒸汽压越大，缓蚀剂的挥发性越强，保护效果越好，但蒸汽压过大，其持久保护性则不强。吸附能力以及气相缓蚀剂与金属表面结合的牢固程度。防锈剂对腐蚀过程电化学的阻滞程度。

气相缓蚀剂法也存在不足之处，缓蚀剂的蒸汽压难以同时满足防止早期腐蚀和持久保护的需要。大多数气相缓蚀剂具有一定毒性，再加上具有挥发性，会对人体和环境产生危害，并且此法不能用于检修设备的停用保护。

TH901缓蚀剂是近年来应用到锅炉防腐的新型药剂，TH901半干缓蚀保护法是国内外最先进，最有效的方法。TH901保护剂渗透力极强，缓蚀半径大，采用极易挥发药剂组成，同时还配有吸湿剂，药剂作用成分在金属表面形成保护膜，与腐蚀介质隔离以达到保护金属、防止腐蚀的作用，无需除氧、干燥步骤。不仅保护处于气相中的金属，而且保护处于液相中的金属。同时，对无垢及垢下金属均有保护作用，缓蚀效率达99%以上。一次加药，无需监测与补药，保护期限达2年以上。加药全过程只需几十分钟，由于单位体积用量少，因此总体成本较低。

五、成膜胺保护法

成膜胺是含氮原子的有机长链化合物，表面活性很高，与金属表面接触时，它的极性基团以化学吸附方式吸附在活性的金属表面上，氮原子的孤对电子与铁原子的空轨道结合成共价键，其非极性基团则以物理吸附方式吸附在金属表面上。可见成膜胺对金属既有阳极缓蚀作用，又有阴极缓蚀作用，具体是何种缓蚀机理起主导作用，取决于众多因素，其中温度至关重要。一般情况下，高温下阳极缓蚀作用为主，低温时阴极缓蚀作用为主。

成膜胺法的实施是在机组滑参数停用过程中，当汽包压力降至10MPa时，将含有成膜胺的药液注入锅炉，让药液在水汽系统内形成保护膜。为了保证药液充分均匀地循环，机组滑停至炉水温度为240～304℃时，再稳定1～2h。当锅炉压力降至0.5MPa时，停止炉水泵运行，并严格按照热炉放水、余热烘干的步骤进行操作。目前，成膜胺的实施方法无统一的规范，用户可以根据不同要求和具体情况操作。

影响成膜胺成膜效果的因素有以下几个：水汽温度。成膜胺的成膜效果随温度的升高而提高，但当温度升高到一定值后，成膜效果反而下降。缓蚀剂浓度。一般缓蚀剂浓度越高，成膜效果越好，但当浓度高过一定值时，成膜效果提高不大或反而下降。介质相。成膜胺在汽、液相中均可成膜，但实际应用中汽相成膜效果更为显著。金属表面的粗糙度。金属表面的粗糙度越大，成膜效果越差。成膜时间。要保证一定的成膜时间，使缓蚀剂能够充分地吸附在金属表面上，但时间也不宜过长，以避免因解析而使成膜效果下降。

目前，已有很多电厂采用十八胺进行停炉保护。某电厂200MW机组和启动锅炉，利用十八胺进行停用保护。通过交流阻抗测定，200MW机组经十八烷胺保护后，停炉3个月割管管样的阻抗值增大一个数量级以上，启动锅炉保护后的阻抗值增大了3个数量级。

徐州发电厂将采用纯十八胺和复配十八胺的效果进行了比较。在采用纯十八胺后，设备内表面的耐蚀性有了很大提高，以除氧器为代表的炉前系统金属表面憎水性好，保护效果好，省煤器憎水性好，耐蚀性也好，省煤器管段在水中浸泡30天仍未锈蚀。减轻了机组停运期间的腐蚀，水汽系统中的含铁量减少，水汽品质提高，可缩短启动时间3h以上，增加机组寿命和运行的安全性。加药时间短，有利于机组停运操作。保护时pH不降低，未采取任何措施，炉水pH仍维持在合格范围内。加药采用纯十八胺，没有任何副作用，不会产生新的腐蚀，分解产物为简单的无机物，不会对水汽品质造成不良影响，对机组安全性有较好的保障。