锅炉本体的腐蚀机理及防护

（陕西德源府谷能源有限公司，陕西 榆林 719000）

锅炉在长期使用中，如果清理措施不当，就会增加锅炉安全隐患。当锅炉的本体受到腐蚀时，将会严重影响锅炉的正常使用，工业锅炉使用中面临的问题极为严峻。工业锅炉的防腐蚀措施主要从锅炉内部和锅炉外部2 个方面着手。

1 工业锅炉本体腐蚀的基本类型和机理

根据工业锅炉腐蚀的常见形式进行腐蚀划分，可以将其划分成为内部腐蚀和外部腐蚀2 种类型。导致锅炉出现内部腐蚀的原因相对较多，例如蒸气腐蚀、应力腐蚀、碱腐蚀以及氧气腐蚀等。内腐蚀所表现出来的形式为多种腐蚀相互叠加。外部腐蚀出现的原因则相对较为简单，主要是由于锅炉长时间处于高温环境中，与周围氧气发生反应而导致金属材料出现氧化腐蚀。

就工业锅炉本体腐蚀机理而言，锅炉本体腐蚀可以根据原因划分为电化学腐蚀和化学腐蚀。电化学腐蚀主要是指工业锅炉在使用中，其外部介质以及金属材料均受到电化学影响而产生变化，在该过程中，便会导致锅炉本体被腐蚀[1]。化学腐蚀主要是指工业锅炉在使用中，其外部介质以及金属材料受到化学影响产生变化。

2 工业锅炉本体的外部腐蚀

2.1 工业锅炉外部高温腐蚀

在工业锅炉外部腐蚀现象中，最为主要的是高温腐蚀。高温腐蚀反应过程十分复杂且繁琐，这种现象的出现是由于锅炉内部的金属材料表面与高温烟气发生作用而导致[2]。根据目前对工业锅炉高温腐蚀的研究现状得知，在一般情况下局部位置具有较高热负荷的区域，也就是说管壁温度相对比较高的区域，通常更加容易出现高温腐蚀的现象。其他区域位置高温腐蚀的现象较弱，甚至不会发生高温腐蚀现象。

2.1.1 钒化物型高温腐蚀

就燃油锅炉，在原油当中，V 是含量最高的元素，对于加工以及燃烧原油都会产生工程问题，例如在催化表面位置产生沉淀，从而造成催化剂失去活性，造成设备被腐蚀或者是结焦。加工处理原油过程中，最重要的就是要脱V。在工业锅炉的内部位置富氧、高温环境下，Na、V 和S 的相关化合物将会发生氧化反应，形成不同的氧化物以及盐类[3]。倘若灰分中仅仅存在着V2O5，那么其对于金属所造成的腐蚀性相对不大。但是若同时存在着Na2SO4，两者之间便会产生共晶化合物，从而加快腐蚀的进度。在表1 中，罗列出来了关于油灰之中主要的钒化物熔点。

表1 油灰中钒化物及其熔点

从表1中可以得知，大多数的钒酸盐熔点集中在500℃~900℃。当Na2O 的含量得以提升，将会增加钒酸盐熔点。日积月累，在过热器与再热器等高温硬件设备中将会积累很多钒酸盐，腐蚀管壁。例如NaVO3可以通过化学方程式（1）和化学方程式（2）破坏掉Ni-Cr 合金表面保护性氧化层。

2.1.2 硫酸盐型高温腐蚀

国内和国外相关学者分析腐蚀锅炉积灰，得知在积灰中含有大量的金属元素和硫元素。对这些元素进行分析可以知道，这些元素大多数是以复合硫酸盐的方式存在[4]。就该类现象学者们普遍认为锅炉中的物质在燃烧过程中会形成金属氧化物，氧化物能与三氧化硫发生化学反应，进而形成碱金属硫酸盐，所以在锅炉的灰层中会出现不均匀的温度分布现象，进而导致出现温度梯度以及温度差。受温度梯度影响，汽化的碱金属会扩散到温度较低的位置，沉积在水冷壁管中。随着时间的推移，沉积量会逐渐增加，最终导致灰层当中的温度不断上升，梯度也不断上升，使沉积物扩散到管子表面，在金属秒表面灰层中形成较多硫酸盐。

2.1.3 氯化物型高温腐蚀

在煤炭含有定量的氯化钠，由于氯化钠的蒸发点和熔点远远低于火焰温度，所以会在短时间内汽化，与三氧化硫等物质发生化学反应，生成氯化氢[5]。氯化氢的性质较为特殊，其腐蚀性比较强，锅炉的表面金属长期接触氯化氢，将会被严重腐蚀，造成锅炉安全隐患升级，加速工业锅炉的高温腐蚀现象。

2.1.4 硫化物型高温腐蚀

在还原性和氧化性双重环境影响下，锅炉内部会发生硫化物型高温腐蚀，受单质硫和硫化氢的影响，锅炉的金属材质将会受到严重的氧化还原反应，出现腐蚀[6]。硫化物型高温腐蚀是最为常见的腐蚀现象，这是由于燃料中含有较多硫元素，当受到高温便会释放扩散。

2.1.5 还原性气体高温腐蚀

当煤粉进入到炉膛之后，会存在部分未充分燃烧的煤粉，同时还存在部分还原性气体。当炉膛当中的含氧量不低于2%的时候，一氧化碳的含量不超过3%~5%。当锅炉中的炉膛含氧量相对较低时，一氧化碳的含量会出现较大波动。由于一氧化碳和水冷壁金属出现氧化铁保护膜化学反应，将会导致氧化铁保护膜出现化学反应，进而腐蚀水冷壁[7]。因此，很多研究人员在检测水冷壁高温腐蚀时，将一氧化碳含量当做关键指标。

2.2 工业锅炉低温腐蚀

工业锅炉的低温腐蚀现象在某种程度上可以将其称作烟气腐蚀，在长期低温的环境状态下，对锅炉造成腐蚀，而这种腐蚀也大多数是由尾道内部的烟气形成。主要由于氢元素、钒元素、硫元素等损伤金属导致，常出现的表面现象就是穿孔，以及局部位置出现下陷或者是斑点状。发生这种现象的原因在于煤炭当中含有硫元素，在燃烧完成之后就会释放二氧化硫[8]。当锅炉的尾部位置温度下降，钒和铁就会催化二氧化硫再次氧化，生成的三氧化硫结合水蒸气生成硫酸蒸气，提升锅炉内部烟气露点。当锅炉的尾部位置温度较低的时候，壁温也将会低于露点温度，硫酸蒸汽将会迅速凝结，成为小液滴，在管壁之上凝结附着，造成金属材料酸性腐蚀。

3 锅炉本体的内部腐蚀现象

3.1 锅炉的应力腐蚀

在锅炉的内部腐蚀当中，最为常见的腐蚀是应力腐蚀。根据相关资料显示，普通金属材料制作而成的锅炉，其内部都会有应力腐蚀现象产生。应力腐蚀是指当存在拉应力的时候，金属被破坏，这种破坏会损坏内部材料，具有拉应力破坏性强，不可复原的特点，如果发生这种破坏现象，需要快速处理。在工业锅炉使用的过程中，最常出现的锅炉应力腐蚀机理大体分成2 种类型，一种是氢致开裂，一种是阳极溶解。制作工业锅炉的金属在腐蚀介质和应力的双重作用下，腐蚀和破坏金属表面氧化膜，导致金属表面形成未腐蚀区域和腐蚀区域，金属表面会呈现出阴极和阳极。在阳极位置的金属被溶解后形成离子，向阴极位置流动，离子移动形成电流。由于腐蚀阳极面积减少，阳极会出现极大电流，会二次腐蚀和破坏表面[9]。

3.2 氧腐蚀

锅炉蒸汽中含有大量的水分，在高温环境下，水蒸气不断与锅炉发生反应，水分中的氧气分子与铁发生反应，形成氧腐蚀。金属受到氧分子氧化也是一种腐蚀方式，归属于电化学腐蚀，铁氧化会产生电池的阳极和阴极。

3.3 垢下腐蚀

高压锅炉的垢下腐蚀现象是最为常见的局部腐蚀。锅炉内部物料当中含有很多钙物质和镁物质，除了比较常见的钙镁水垢之外，还少量的铜垢和氧化铁垢。当锅炉的金属表面有水垢出现的时候，将会降低金属导热性，位于水垢下方位置的金属，其温度势必会逐渐升高[10]。在水垢之间存在的缝隙，将会有水通过这些缝隙进入到缝隙当中，当温度上升的时候，将会增加渗入的水的浓度。高浓度盐水将会增强腐蚀金属的力度。将锅炉内部的水分pH 值控制在9~11，就会避免该种腐蚀现象出现。

4 防护锅炉腐蚀措施

在防护锅炉腐蚀时，要综合设计阶段、管理阶段和运行阶段。在设计锅炉阶段，要对可能会出现的腐蚀作用综合考虑，预判腐蚀带来的不良后果，最大限度地降低锅炉出现的应力腐蚀和垢下腐蚀等。设计如果合理，将会尽量避免出现锅炉腐蚀的现象。

在锅炉运行阶段，防护锅炉腐蚀的主要措施是控制进料。当物料被投放进入锅炉之后，如果含有较多的结垢物质，将会有很大概率腐蚀锅炉。想要尽量避免出现锅炉腐蚀现象，就要控制物料中碳酸盐与钙镁离子的含量，进而减少锅炉结垢和游离二氧化碳腐蚀锅炉的影响。此外，还需要对pH 值与含盐量等相关指标做好严格控制，从而尽可能地降低可能会出现的电化学腐蚀现象。如果条件允许，还可以适当的加入阻垢缓蚀剂，进一步防止出现腐蚀现象。

在管理锅炉环节中，要根据规定做好保养和防腐蚀工作，定时定期停用锅炉，进而保证防护工作的有效性。想要对锅炉表面和内部烟道当中的沉淀物做好彻底清理，确保锅炉外部干燥，还可以采取粉刷防腐漆的措施。

5 结语

人们的生活和工作都与锅炉息息相关，对于锅炉本体的腐蚀机理进行研究，可以帮助锅炉设计人员和管理人员更好地认识和使用锅炉，通过合理的措施提高锅炉的安全性能。在使用锅炉时，腐蚀现象最为常见，但是却很少有人关注锅炉被腐蚀而造成的伤害，也更少有人会采取有效措施未雨绸缪。总而言之，做好防护锅炉腐蚀工作势在必行。