基于氧腐蚀的热水锅炉停炉保养分析

河南省锅炉压力容器安全检测研究院 刘建平 于建华 陈卫民 孙新伟

基于氧腐蚀的热水锅炉停炉保养分析

河南省锅炉压力容器安全检测研究院 刘建平 于建华 陈卫民 孙新伟

随着经济的发展和人民生活水平的提高，热水锅炉使用的数量日益增多。在日常的热水锅炉内部腐蚀防护方面，我们往往将防护工作的重点放在锅炉的运行期，忽略了锅炉停炉期内部腐蚀问题，殊不知热水锅炉停炉期内部腐蚀问题也相当严重。由于热水锅炉一旦发生事故，将严重危及人的生命和财产的安全。因此，我国长期以来把热水锅炉作为特种设备，实施严格的安全监管制度。

热水锅炉是北方冬季的采暖设备，每年大约3月中下旬至11月中旬是锅炉停炉保养时间，在停炉期间按照《锅炉定期检验规则》进行检验。在定期检验中发现，许多用户对热水锅炉维护保养不够重视。如有的锅炉停炉后不做保养，有的虽然进行了保养，但保养方法不适当，造成锅炉内表面产生腐蚀。且热水锅炉停炉期间的腐蚀在很大程度上比运行时产生的腐蚀严重得多，因此必须加强热水锅炉的停炉保养。

本文，笔者首先介绍了氧腐蚀机理，然后通过对氧腐蚀机理的分析，详细制定了干保养和湿保养两套方案，对某单位3台同一型号的热水锅炉分别采用不同的保养方案。结果表明在不同的保养方法下，没有采取任何保养措施的热水锅炉氧腐蚀严重，采用干法保养的热水锅炉效果要好于采用湿法保养的热水锅炉。对方案的比较和研究可以为热水锅炉停炉保养分析提供依据，同时也为特种设备安全和锅炉经济运行提供了保证。

一、锅炉氧腐蚀机理

从目前的锅炉定检情况分析，绝大多数的腐蚀属于有氧腐蚀的范畴。因为氧是一种去极化剂，所以当有氧存在时，加快了电化学腐蚀的速度，在潮湿的环境中产生腐蚀电池，其反应机理如下：

阳极：Fe→Fe2++2e

阴极：（1/2）O2+H2O+2e→2OH

Fe2++2OH－→Fe（OH）2

锅炉内水汽与铁反应可在表面生成Fe（OH）2的保护膜，对铁进行了保护，但在过量氧存在条件下：

2Fe（OH）2+（1/2）O2+H2O→2Fe（OH）3（铁锈）

Fe（OH）2进一步氧化成疏松的Fe（OH）3沉淀物，Fe（OH）3的沉淀，使阳极范围Fe2+的浓度显著降低，即O2促使阳极的铁离子转入水溶液中，加速了腐蚀的进程。生成的Fe（OH）2和Fe（OH）3，还会进一步反应：

Fe（OH）2+2Fe（OH）3→Fe3O4（黑色）+4H2O

在锅炉运行时Fe（OH）3和Fe3O4将成为氧的代用品，是腐蚀电池的阴极去极化剂，其反应式如下：

Fe（OH）3+e→Fe（OH）2+OH

Fe3O4+e+H2O→3FeO+2OH－

铁在此基础上继续发生腐蚀，结果高价铁发生了还原反应，生成低价氧化铁，当锅炉再次停用时，已还原的铁锈又会重新氧化成为高价氧化铁，并且根据铁锈下的充氧浓度不同而产生强烈的浓差腐蚀，使氧化铁大量增加。随着锅炉的交替运行和停用，腐蚀过程也随之恶性循环，从而造成受压部件的严重腐蚀。另外，铁受到氧腐蚀后，虽然能在金属表面形成一层保护膜，减少了腐蚀核心的数目，但每一个核心地区的腐蚀速度却大大增加了，腐蚀的破坏程度将更为剧烈。

二、基于锅炉氧腐蚀的实证分析

从锅炉氧腐蚀机理分析，可以得出如下结论：在锅炉停用期间，要想减少锅炉氧腐蚀，必须控制锅炉内部的氧气或水分，也就是常说的湿法保养和干法保养。

某单位有3台同一型号的热水锅炉，编号为1#、2#和3#，型号为SZL7—1.0/115/70—AⅡ，作为冬季供暖使用，停用期为每年3月中旬到11月中旬，由于3#炉作为备用炉，使用次数不多，两年未进行停炉保养，我们从2009年跟踪了两个停炉期，3台初始状况基本相同，分别采用湿法保养和干法保养，如表1所示。

表1 方法选择机理

根据实际情况，分别对1#炉湿法保养和2#炉干法保养制定了具体步骤。

1.1#炉湿法保养的具体步骤。按4kg/m3NaOH+1kg/m3Na3PO4的浓度配置适量碱液（要用软化水），用泵送入锅筒内部直至顶部的排气阀出水，关闭排气阀后，升压至0.05~0.1MPa停止。这样，可以保证锅炉内部的氧气完全排出。当表压低于0.01MPa时，应及时补充碱液，以防止氧气的进入。另外，还需定期测量碱液的pH值，应保持在10～12之间，当pH值低于10时，要补充碱液，以保证金属表面的钝化，造成阳极极化，从而达到保护锅炉防止腐蚀的目的。

2.2#炉干法保养的具体步骤。停炉前必须煮炉，以清除金属表面的水垢和腐蚀产物。停炉后打开入孔，清除堆积在锅筒集箱底部的垢渣、锈渣等污物。用少量木柴细火烘炉（主要是烘干锅炉内部的水分），至人孔处向外溢出的热气减少为止。此步骤亦可采用热炉放水法，其操作方法为：当炉内水温降至70~80℃，炉膛内温度降至100℃以下时放水，然后依次打开排气阀、人孔，这样就可以利用锅炉的余温烘干内部的水分。锅炉内部加入干燥剂。现在使用最多的干燥剂为硅胶，从人孔、炉门分别放入到锅筒和炉膛内部，然后关闭人孔、炉门。阀门必须密封。在实际操作过程中，人孔的拆装极不方便，可采用在人孔圈处涂抹一层黄油，然后用塑料纸贴封的方法，这样可以方便地更换干燥剂，也降低了管理人员的劳动强度。1个月后检查硅胶，是否吸潮，如果吸潮，则需要更换硅胶后重新密封，以后的检查，周期适当延长。

另外，在放置硅胶的过程中，可按1~2支/m3的比例在锅筒内放入点燃的蜡烛，这样在密封后，蜡烛的燃烧可消耗掉锅炉内部的氧气，使保养更为彻底。

本次锅炉定期检验发现1#炉锅筒内部共有2处明显腐蚀，最大尺寸约为Φ6×0.5mm，2#炉锅筒内部基本无明显腐蚀，3#炉锅筒内部存在8处大小及深度不一的圆形腐蚀斑点及腐蚀凹坑。最大尺寸约为Φ15×1.5mm，最小尺寸约为Φ5×0.5mm。此外，在3#炉锅筒还有1处轻微腐蚀鼓包，鼓包表面呈红褐色，其内有黑色粉末状物，用手剥去鼓包，表面形成腐蚀坑，坑内堆着腐蚀产物。

对1#炉和3#炉共取5处打磨、抛光，4%硝酸酒精溶液侵蚀，再制取金相复型，在金相显微镜上观察及拍摄金相照片。其检验结果：母材的显微组织均为正常的铁素体+珠光体，铁素体晶粒度为7～8级，表明该腐蚀与材质无关。用X射线物相分析腐蚀产物时，其主要物相为Fe3O4，其次为Fe2O3及FeO，可判断二台锅炉的腐蚀为氧腐蚀。

由以上分析可以看出，没有采取任何保养措施的热水锅炉氧腐蚀严重，采用干法保养的热水锅炉效果要好于采用湿法保养的热水锅炉，这为今后的热水锅炉停炉保养和最佳保养方法选择提供了依据。

三、结论

本文，笔者介绍了氧腐蚀机理，通过对氧腐蚀机理的分析，制定了不同的保养方案。通过实例分析，得到了如下的结论：没有采取任何保养措施的锅炉氧腐蚀严重，采用干法保养的锅炉效果要好于采用湿法保养的锅炉。热水锅炉由于维护保养不好，而使受压元件造成的腐蚀是锅炉最常见的一种损坏方式，所以热水锅炉在停运期间，必须进行保养，并要选择合理的保养方法，以减少热水锅炉金属的腐蚀，延长了热水锅炉的使用寿命，保证锅炉安全、经济运行。