汽包锅炉省煤器管腐蚀程度大于水冷壁管的原因探讨

王玉琴

摘要：在锅炉运行中，金属的腐蚀会给锅炉安全运行带来很大影响，所以了解金属所在位置水汽介质特点，腐蚀成因以及腐蚀特征，采取必要措施规避这些问题带来的危害很有必要。

Abstract： In boiler operation， corrosion of metal will have a great impact on the safe operation of the boiler. Therefore， it is necessary to know the characteristics of the water vapor medium at the location of the metal， the cause of corrosion and the corrosion characteristics， and take necessary measures to avoid the hazards caused by these problems.

關键词：氧腐蚀;二氧化碳腐蚀;介质浓缩腐蚀;原因;处理措施

Key words： oxygen corrosion;carbon dioxide corrosion;medium concentrated corrosion;cause;treatment

中图分类号：TK22                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）33-0060-03

1  系统概述

发电机组主水汽循环系统主要包括凝汽器、凝结水泵、凝结水净化（精处理设备）、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器、省煤器、锅炉本体（汽包、水冷壁管和下降管）、过热器、中间再热式机组的再热器、汽轮机以及各种输送水和蒸汽的管道，以及炉外水处理系统、补给水管道和冷却水系统等辅助系统。

给水系统位于除氧器和锅炉之间，涵盖了给水泵、高压加热器和省煤器及其管道。

汽包锅炉中的水在汽包、水冷壁管、联箱和下降管这个系统内循环。给水在省煤器内升温后进入汽包，再由下降管经下联箱到达水冷壁管，在这个过程中水蒸发成为汽水混合物后又回到汽包中。汽包负责将这些汽水混合物进行汽水分离，分离出的叫饱和蒸汽，饱和蒸汽进入过热器内被加热成过热蒸汽，过热蒸汽去往汽轮机，分离出的水则进入下降管，和新加入的给水一起重复这个过程。

2  热力设备所接触水汽介质的特点与腐蚀程度影响因素

主水汽循环系统包含的水、汽有凝结水、疏水、给水、炉水、饱和蒸汽、过热蒸气等。这些水汽的腐蚀性与其pH值、所含离子种类和数量、溶解氧含量、温度和压力等因素密切相关。

省煤器管的内侧和外侧分别接触的是给水和锅炉烟气。在给水系统中水温随流程逐渐升高，给水的pH值与含氧量随给水的水化学工况变化。给水一般不会出现盐类在水中析出，进而在管壁上形成沉积物，但是，由于水中存在一定量的溶解氧和游离二氧化碳，给水系统的金属可能发生氧腐蚀和二氧化碳腐蚀，使铁铜含量明显增加。所以给水的水质直接决定了省煤器管的垢下腐蚀程度。

水冷壁管热负荷较高，可以直接产生蒸汽。由于在蒸发区锅炉水和饱和蒸汽并存，从而使锅炉水有被局部浓缩的可能，进而使水冷壁产生局部腐蚀，一般把这种情况称为介质浓缩腐蚀，发生腐蚀的主要部位一般在沉积物下面、缝隙内部和有汽水分层的部位，一般是热负荷较高的位置。一般这种腐蚀的程度与锅炉水的处理方式、炉管表面状态、给水成分、热负荷、锅炉运行方式、水循环状况以及锅炉结构等多个方面的因素有关。

3  原因分析

3.1 氧腐蚀与二氧化碳腐蚀

在热力设备腐蚀中，氧腐蚀较为常见。在安装、运行和停运期间，设备都可能发生氧腐蚀，而在锅炉运行和停运期间尤为严重。钢铁在水中发生氧腐蚀时，其表面会形成许多小鼓包。这些鼓包大小差别很大，直径从1mm到20、30mm不等。鼓包表层的颜色一般呈黄褐色、砖红色或者黑褐色，里层则是呈黑色粉末状的次生腐蚀产物。当除去这些腐蚀产物之后，就可以看到一些腐蚀坑，呈“溃疡”状。凡是有溶解氧的部位，都有可能发生氧腐蚀。我们在大修当中发现的锅炉省煤器管内产生的垢下针状腐蚀，是由于水中的含氧量不足以在金属表面形成致密的四氧化三铁腐蚀产物，而是形成了疏松的三氧化二铁，在给水高流速情况下，腐蚀产物被冲刷掉，留下针状腐蚀坑，其实就是典型的氧腐蚀。氧腐蚀的程度也与多种因素有关，比如溶解氧浓度、水的pH值、水温、水中离子成分以及水的流速等等。

水中游离二氧化碳导致的析氢腐蚀也叫二氧化碳腐蚀。当用化学除盐水作为锅炉补给水时，由于水中残留碱度较小，所以给水中少量的二氧化碳就会使水的pH值明显下降，除氧器之后的设备就会遭受二氧化碳腐蚀。金属的材质、游离二氧化碳的含量以及水温与流速都会影响金属在含二氧化碳水中的腐蚀速度。

如果水中除了有溶解氧，同时还有游离的二氧化碳，则腐蚀将更加严重。这时金属在遭受氧腐蚀的同时还会遭受二氧化碳腐蚀，另外由于二氧化碳的存在，水呈酸性，不仅会破坏原来的保护膜，而且也会对新保护膜的形成造成影响，使氧腐蚀更加严重。这种情况下，有腐蚀坑，但是表面却没有或少有腐蚀产物。一般在凝结水系统、给水系统中会有这种情况发生。

3.2 介质浓缩腐蚀

锅炉运行时，介质（锅炉水）局部浓缩而使水冷壁管产生的一种局部腐蚀叫介质浓缩腐蚀。这种腐蚀只有在介质浓缩时才有可能发生，一般在水冷壁管的沉积物下面、缝隙内部和有汽水分层的部位。发生介质浓缩腐蚀时，金属表面往往覆盖有沉积物。沉积物状态不稳定，有的比较松软，有的比较坚硬，有的比较多孔，有的比较致密。

锅炉遭受介质浓缩腐蚀后，会有两种不同的形态。一般当介质局部浓缩产生浓碱时，容易出现延性损坏，炉管减薄且表面凹凸不平，到达极限时会发生爆管。当介质局部浓缩产生酸时，易出现脆性损坏，炉管表面出现腐蚀坑，炉管厚度也会减薄，由于存在脱碳和氢脆，在管壁厚度减薄到极限厚度之前，炉管就发生破裂。锅炉介质浓缩腐蚀影响因素较多，比如锅炉水处理方式、炉管表面状态、给水成分、热负荷、锅炉运行方式、水循环状况以及锅炉结构等。

在大修割管后，实验室酸洗管段时会发现向火侧炉管的垢下会有腐蚀坑存在。这就是介质浓缩腐蚀的结果。

3.3 省煤器腐蝕程度大于水冷壁介质浓缩腐蚀程度的原因探讨

3.3.1 水冷壁不会发生氧腐蚀

介质中存在溶解氧是金属发生氧腐蚀的根本原因。只要有溶解氧的部位就可能发生氧腐蚀。腐蚀程度随着水质条件（氧浓度、温度等）的不同而不同。在除氧水工况下，氧腐蚀就主要发生在高压给水管道、省煤器等部位，因其温度较高。而当除氧器正常运行时，给水中的氧一般在省煤器中就耗尽了，所以锅炉本体不会遭受氧腐蚀。但是在汽包锅炉的除氧器运行不正常，或者新安装的除氧器没有调整好的情况下，溶解氧就会进入锅炉本体，使汽包和下降管遭受腐蚀。由于水冷壁管内一般不可能有溶解氧，水冷壁一般不发生氧腐蚀。锅炉运行时，省煤器入口段的氧腐蚀一般比较严重。

金属表面保护膜的完整性决定了热力设备运行时是否发生氧腐蚀。水中的溶解氧浓度，水的pH，水温，水中的离子成分还有水的流速等水的环境因素都会影响设备运行氧腐蚀的程度。另外，设备在停运期间水汽系统内部进入大量氧气，再加上金属表面潮湿，极易形成点状氧腐蚀。锅炉运行时，省煤器出口腐蚀较轻，入口腐蚀较重，而在停炉时，整个省煤器都会发生腐蚀，而且出口处比较严重。锅炉运行时，如果除氧器运行工况显著恶化，氧腐蚀会扩展到汽包和下降管，而水冷壁管是不会发生氧腐蚀的，停炉时，汽包、下降管、水冷壁管均会遭受氧腐蚀。

3.3.2 省煤器的腐蚀与水冷壁的腐蚀是两种腐蚀

省煤器的腐蚀主要是氧腐蚀和二氧化碳腐蚀，水冷壁的腐蚀主要是介质浓缩腐蚀，两个部位发生的腐蚀，形成条件不同，腐蚀机理不同，腐蚀特征不同。

3.3.3 省煤器腐蚀程度大于水冷壁介质浓缩腐蚀程度的原因探讨

氧腐蚀的程度与多种因素有关，比如溶解氧浓度、水的pH值、水温、水中离子成分以及水的流速等等。金属在含二氧化碳的水中的腐蚀速度则与金属的材质、游离二氧化碳的含量以及水温与流速有关。锅炉介质浓缩腐蚀的影响因素较多，比如锅炉水处理方式、炉管表面状态、给水成分、热负荷、锅炉运行方式、水循环状况以及锅炉结构等。

由于省煤器与水冷壁的运行环境与水化学工况有所不同，两部位的腐蚀机理也不相同，在大修检查中可以看到其腐蚀特征也有明显不同，再加上运行时水汽品质的优劣影响，造成两个地方腐蚀程度有所差异。另外，如果机组短时期内频繁启停不进行停炉保护，并且次数较多，金属表面没有形成镀膜保护，也会存在一定的由停炉保护不当引起的氧腐蚀情况发生。

由此可见，优化机组水化学工况与加强日常水汽品质监督，并积极地进行停炉保护措施，对防止热力系统的腐蚀结垢积盐有积极作用。

4  处理措施

生产中为了确保发电机组安全经济运行，必须十分重视热力设备的腐蚀防护。对于已有设备已经建成投入使用，材质及设备的参数结构已经确定，为了防止设备的腐蚀，主要应抓好设备的运行维护（定期检修）、停运保护和合适的介质处理（包括水汽系统的清洁和合理的水汽品质调整等），优化水化学工况。根据运行经验，机组停运后，设备内部相对湿度小于20%时，就能避免腐蚀，另外，降低停炉后金属表面液膜含盐量，保持金属表面清洁也能减小停炉时设备的氧腐蚀。设备运行期间，不断优化机组水汽品质，有效调节水中溶解氧浓度和pH值，就可以达到减轻设备金属表面腐蚀的目的。

4.1 优化水化学工况

在锅炉大修时，我们发现锅炉省煤器管垢下腐蚀程度大于水冷壁管的腐蚀程度。为了保证给水水质，我们从水质调节方式上介入处理。之前我们一直采用的给水处理方式是给水还原性全挥发处理（简称AVT（R）），在对给水进行热力除氧的同时，向给水中加氨以提高pH值并加还原剂联氨进行化学除氧，利用除氧碱性水工况，在钢表面形成稳定的四氧化三铁保护膜，抑制铁、铜的腐蚀作用，但是这种方式更有利于有铜给水系统中铁、铜腐蚀的抑制。目前我厂锅炉属于无铜给水系统，其给水处理方式应优先选用氧化性全挥发性处理（简称AVT（O）），在机组AVT（R）运行正常后，除氧器排汽门根据机组运行情况采用微开方式或全关闭定期开启的方式，除氧器兼具加热作用，同时停止加联氨等除氧剂，控制给水中维持一定的溶解氧含量，在对给水进行热力除氧的同时，只向给水中加氨，通常这样处理后，会减缓腐蚀，降低给水含铁量，并且降低省煤器和水冷壁管的结垢速率。

4.2 采取必要措施减轻二氧化碳腐蚀

对于已有设备已经建成投入使用，材质及设备的参数结构已经确定，可以从减少进入系统的二氧化碳量和碳酸盐量，以及减轻二氧化碳的腐蚀程度这些方面着手，防止或减轻水汽系统中游离二氧化碳对设备及管道金属材料的腐蚀。

尽量减少汽水损失，降低系统的补给水率，作为热电厂应尽量设法增加回水量;提高除氧器效率，注意防止空气漏入水汽系统，除氧器可以加装再沸腾装置，以提高除游离二氧化碳的效率;由于水中难免会含有碳酸盐以及有空气漏入系统，造成一定的二氧化碳腐蚀，可以采取向水汽系统加入碱化剂来中和游离二氧化碳，或者添加能在金属表面形成保护膜的物质，从而减轻或防止腐蚀。

4.3 采取必要措施防止介质浓缩腐蚀

消除介质产生游离碱和酸及局部浓缩的条件是防止介质浓缩腐蚀的根本途径。

运行氧腐蚀、二氧化碳腐蚀和停运腐蚀都会增加给水铁含量，而这些腐蚀又会促进介质浓缩腐蚀，所以防止这些腐蚀的方法也能起到间接防止介质浓缩腐蚀的作用。所以，防止停运腐蚀、防止金属氧化物在表面沉积、及时清洗结垢受热面、减少给水的铜铁含量以及腐蚀性成分等措施都能有效防止介质浓缩腐蚀。

4.4 减少停炉腐蚀

通过选择合适的停炉保护方法，优化停炉保护试验，加强锅炉停备用保养，可以达到降低停炉腐蚀的目的。

4.5 加强日常水汽品质监督

只有水汽质量达到一定标准才能有效地防止热力系统的结垢、腐蚀和积盐。所以在设备运行时，不断优化水汽品质，减少水汽指标异常发生率，才能有效降低金属的结垢腐蚀。

5  小结

在锅炉安全事故中，由于金属腐蚀导致的事故占很大的比例。由于金属腐蚀的隐蔽性，这方面的问题又常常容易被人们忽视。所以只有找到原因和解决方法，从根本上避免腐蚀的发生，才能确保锅炉的安全经济运行。

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