卧式锅壳锅炉烟管腐蚀泄漏原因分析

2018-08-09姜建华裴渐强张克

中国设备工程 2018年14期

姜建华，裴渐强，张克

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院新乡分院，河南新乡 453003）

2017年3月，在我市对某单位的一台在用燃气卧式锅壳蒸汽锅炉进行内部检验时，发现该锅炉锅壳、炉胆、回燃室、烟管局部有水垢，厚度1～2mm，垢下腐蚀深度1～3mm，一根烟管腐蚀部位泄漏。对该锅炉烟管腐蚀泄漏的原因进行了分析，提出了一些针对性改进措施，再次检查结果确认了改进措施的有效性，从而证明了泄漏原因分析的正确性。

1 基本情况

该锅炉为一台燃气卧式锅壳蒸汽锅炉，结构形式为卧式内燃三回程，型号：WNS6-1.25-Q，额定蒸发量为6t/h，额定蒸汽压力1.25MPa，额定蒸汽出口温度193℃。制造单位为：河南省某锅炉制造有限公司。出厂日期为2016年2月，2016年8月安装完工并投入运行。锅炉用水为公司当地地下井水，采用锅外软化水设备对井水进行处理。

2 检验情况

进入锅壳内检查发现，锅壳、炉胆、回燃室、螺纹烟管、拉撑、前后管板、分水器等部件大部分金属表面光滑，局部粘结厚度1～2mm不等的棕色泥垢，用检验锤敲掉泥垢，发现垢下腐蚀比较严重，深度1～3mm不等，垢层表面为褐色，内层和底部为黑灰色（见图1、图2）。

从锅炉后部检查孔进入回燃室，发现回燃室底部有积水（见图3），管板及烟管管口有水迹，一根烟管管口有积垢（见图4）；清除管口水垢，进一步检查发现，该管子位于管板右侧最外圈，炉胆上沿位置向上数第8根；漏点位于烟管的左上部，距离管端约70mm，直径约1mm。

图1 烟管垢下腐蚀情况

图2 回燃室垢下腐蚀情况

图3 回燃室底部积水情况

图4 泄漏烟管管口照片

3 原因分析

3.1 水质检查

检查该单位锅炉给水、锅水化验记录，结果如下：给水：硬度0.02mmol/L，pH=7；锅水：碱度23mmol/L，pH=12。对照GB/T1576-2008《工业锅炉水质》标准要求，锅炉给水、锅水水质未见异常。

腐蚀形态表明，该锅炉属于非均匀腐蚀，接近小孔腐蚀。根据以往经验，该种腐蚀形态多与锅水中Cl-含量有关，而且Cl-含量小于1500mg/L也不会发生明显腐蚀。于是我们决定现场抽取原水、软化水水样，拿回单位进行分析。水样分析结果为：原水Cl-含量205.6mg/L，软化水 Cl-含量 218.0mg/L。

3.2 腐蚀原因分析

该单位软化水Cl-含量218.0mg/L，比使用自来水的单位平均值高3～4倍，软化水在锅炉中一般要浓缩15～20倍，即锅水中Cl-含量正常应为3100～4200mg/L，该Cl-含量极易造成锅炉小孔腐蚀。

小孔腐蚀的机理是：金属表面氧化膜分布是不均匀的，水中的氯离子是活性阴离子，它能优先选择吸附在较薄弱的氧化膜上，把氧化膜还原破坏掉，在新露出的金属表面形成小蚀孔，即FeCl3的水解形成小蚀孔。孔内金属表面处于活化状态，电位较负，是阳极；蚀孔外的表面处于钝化状态，电位较正，是阴极（见图5）。孔内的主要反应式是：

Fe-2e-=Fe2+

孔内外组成一个微电偶腐蚀电池。该电池大阴极，小阳极，阳极电流密度大，所以蚀孔加深速度很快。锅水呈弱碱性，孔外的主要反应式是：

O2+H2O+4e-=4OH

OH-与扩散出来的Fe2+，在孔口形成二次腐蚀产物Fe(OH)2，与锅水中氧气继续反应生成Fe(OH)3（红色铁锈）沉淀。这时，孔内介质铁离子浓度减小，但氯离子浓度未变。

图5 小孔腐蚀机理示意图

OH-离子浓度变小，H+浓度变大，孔内酸度增加，使阳极溶解速度加快，加上受介质重力影响，蚀孔进一步向纵深发展。随着腐蚀发展，孔口介质pH值逐渐升高，水中Ca(HCO3)2转化为CaCO3和锈层一起沉积在孔口，形成一个闭塞电池。如此，孔内外物质交换更困难，氯化铁浓缩和水解作用加剧，促使阳极溶解速度进一步加快，最后导致烟管穿孔泄漏。

4 改进措施

这台锅炉主要是因小孔腐蚀造成的烟管泄漏而失效，失效的主要在于原水中Cl-含量过高，因此，改进措施也必须从原水入手。结合工作经验，我们向用户提出了如下建议。

（1）对该锅炉进行化学清洗，对腐蚀坑深度大于1.5mm的烟管进行更换。（2）锅炉用水放弃井水，改用自来水，同时控制Cl-含量在50mg/L以下。（3）锅炉用水如仍用井水，需在软化前进行电渗析处理，将Cl-含量降至50mg/L以下。（4）对锅水加强监督，将Cl-含量控制在1500mg/L以下。用户采取了上述第1、2、4项措施，首先将锅炉进行化学清洗，对腐蚀坑深度大于1.5mm的31根烟管进行更换；其次将锅炉用水改为自来水；第三，定期对Cl-进行检测。对自来水Cl-检测结果为36～47mg/L，软化水Cl-检测结果为38～53mg/L，锅水Cl-检测结果为736～941mg/L。1年后的2018年3月，我们再次对该锅炉进行检验，检查发现锅炉内水垢厚度约1mm，垢下腐蚀维持在0.5～1.5mm左右，无明显发展。由此可以判定该锅炉小孔腐蚀得到有效遏制，锅炉安全运行基本得到保证。