过热器化学清洗中金属材料的腐蚀

林卫丽，邓宇强，张祥金，宋 飞，刘 锋，祁东东，倪瑞涛

（1.西安工业大学 北方信息工程学院，西安710025；2.西安热工研究院有限公司，西安710032）

火电厂锅炉中的过热器管长期在高温高压水蒸汽中运行，由于水蒸气的长期氧化会在管内壁生成大量氧化皮。这些氧化皮随着厚度的增加会在运行或启停机的过程中剥离，从而造成管道流通面变小甚至堵塞引起的超温爆管、主汽门卡塞和汽轮机叶片的固体颗粒冲蚀等事故。这严重影响了各电厂发电机组的安全正常运行，并且给发电企业造成了巨大的经济损失。对氧化皮的治理成为各发电厂急待解决的技术难题，而采用化学清洗是一种行之有效的方法。虽然，火电厂定期会对锅炉进行化学清洗，但主要是对省煤器和水冷壁系统进行化学清洗，而对运行后的过热器管进行过化学清洗则较少。其原因是省煤器和水冷壁系统所用材料主要以碳钢为主，而过热器所用材料的种类广泛如T22，15CrMoG，12Cr1MoV，T91，TP347 及 Super304等，这些材料通常根据过热器的热负荷不同而选择使用的部位也不同。因此，在进行过热器化学清洗时，需要研究清洗介质对清洗系统所涉及到的金属材料的腐蚀速度，以确保清洗工艺在有效除垢的基础上，避免对设备造成腐蚀损坏[1－4]。

1 试验

1.1 主要原材料

试验介质为目前电厂锅炉化学清洗中可以用于过热器化学清洗的几种常用有机酸介质如：EDTA、柠檬酸、羟基乙酸＋甲酸、自制复合有机酸A[5－6]；试验材料为取自电厂正式系统上的省煤器、水冷壁、过热器等管样，所涉及的材料：20G，T22，15CrMoG，12Cr1MoV，T91，TP347及Super304等。

1.2 试样制备

将清洗介质按表1中的浓度及组分进行配制，并进行试验。试验所用腐蚀指示片均由电厂管样加工（材料成分详见表2），尺寸为40mm×12mm×3mm。然后用水磨砂纸将试样逐级打磨至600号，用丙酮擦洗表面，再放入干净的丙酮中浸泡2min，冷风吹干，置于干燥器内干燥1h，然后称量，并用游标卡尺精确测量试片的长、宽、高，计算试片面积。测量完后放入干燥器内备用。奥氏体材料的试片需要测量晶间腐蚀情况，故将这类试片的表面继续用1 000号金相砂纸打磨后，再在抛光机上绒布喷抛光剂进行抛光。其中：①清洗配方组成及清洗条件参考DL／T 794；②为专利配方。

表1 试验用清洗剂组成及工艺条件Tab.1 Composition and testing conditions of cleaning agents

表2 试验用材料化学成分Tab.2 Chemical composition of testing materials%

1.3 试验方法

采用动态模拟实际清洗过程的试验装置（见图1），进行清洗实际管样过程的试片失重腐蚀速率。每次试验按照表1中各种清洗介质的配方和工艺利用该装置，分别研究表2中的金属材料在不同清洗介质中的腐蚀速率，分析测试及数据处理方法按照DL／T 794中提供的方法进行。

2 结果与讨论

2.1 失重腐蚀速率

各种清洗介质对不同材质试片的失重腐蚀速率结果见表3。试验结果表明，EDTA的氨盐和钠盐清洗介质对各种金属材料的腐蚀速率均保持在较低水平，采用这类介质及配套缓蚀剂清洗过热器不会出现设备腐蚀损坏的情况。而柠檬酸、羟基乙酸＋甲酸、复合有机酸A的试验结果却出现了T91腐蚀速率较高的情况，这主要因为其缓蚀剂及介质均是延用锅炉省煤器、水冷壁的清洗配方，只考虑了对碳钢的腐蚀控制。因此，需要针对选择的清洗介质及工艺研究如何将T91的腐蚀速率控制在较低水平。另外，只有羟基乙酸＋甲酸试验出现了奥氏体钢（TP347和Super304）腐蚀失重的情况，因此对奥氏体钢试验后进行了金相显微镜观察。

图1 模拟化学清洗腐蚀试验装置示意图Fig.1 Corrosion test device of chemical cleaning

表3 模拟清洗试验中各金属材料的腐蚀速率Tab.3 Corrosion rates of various metal material after testing g·m－2·h－1

2.2 晶间腐蚀

由于奥氏体不锈钢是耐蚀性能优异的材料，腐蚀失重试验结果中仅羟基乙酸＋甲酸介质中出现失重腐蚀的情况，其他介质均没有失重。但考虑到对奥氏体不锈钢腐蚀危害最大的是晶间腐蚀和应力腐蚀等局部腐蚀。因此，试验后对TP347和Super304试片的表面进行了金相检查，见图2和图3。图中编号从1至5依次为EDTA氨盐、EDTA钠盐、柠檬酸、羟基乙酸＋甲酸、复合有机酸A清洗介质试验后的金相照片。金相照片显示除羟基乙酸＋甲酸介质对两种奥氏体不锈钢TP347和Super304均产生了明显的晶间腐蚀，其他清洗介质均未有晶间腐蚀的情况出现。因此，在采用羟基乙酸＋甲酸进行过热器清洗时，需要研究对奥氏体不锈钢晶间腐蚀进行控制的清洗配方或工艺。

2.3 T91腐蚀速率

由于T91在清洗模拟试验中的腐蚀速率远大于其他材料。因此，针对研制开发的复合有机酸A清洗介质研究了多种缓蚀剂对材料的腐蚀速率控制情况（见图4）。从图4可以看出，同时对五种金属材料具有良好缓蚀效果的缓蚀剂是TPRI－E型缓蚀剂。TP 3 4 7和Super 3 0 4奥氏体钢没有腐蚀失重和晶间腐蚀情况，故没有统计其腐蚀速率。若采用复合有机酸A进行过热器化学清洗时，其配套缓蚀剂应选择TPRI－E，才能达到将清洗系统各种金属材料的腐蚀速度控制在较低水平的效果。

图2 Super304试验后金相图（500×）Fig.2 Metallographic pictures of Super 304after testing（500×）

图3 TP347试验后金相图（500×）Fig.3 Metallographic pictures of TP347after testing（500×）

3 结论与建议

（1）采用常规锅炉清洗配方，如柠檬酸、羟基乙酸＋甲酸和复合有机酸A对过热器清洗系统金属材料的腐蚀存在很大差异，其中T91的腐蚀速率远大于其他金属材料。需要有针对性地研究各清洗介质的专用缓蚀剂，以确保清洗过程对所有金属材料的腐蚀控制效果。

（2）参加试验的清洗介质中，只有羟基乙酸＋甲酸出现了奥氏体不锈钢TP347和Super304的晶间腐蚀情况，因此，采用这种介质进行过热器清洗时应研究抑制奥氏体不锈钢晶间腐蚀方法。

图4 复合有机酸A中不同缓蚀剂的腐蚀速度试验结果Fig.4 Corrosion rates in complex－organic－acid－A with different inhibitors

（3）通过对缓蚀剂的选择，可全面有效地控制过热器各种金属材料在清洗过程中的腐蚀速率。

因此，进行锅炉过热器化学清洗时，要充分研究清洗配方及工艺对系统所有类型金属材料的腐蚀速率，尤其是奥氏体不锈钢的晶间腐蚀情况。避免清洗时出现部分金属材料腐蚀速度过高的情况出现。

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