电站锅炉垢下腐蚀成因及措施研究

2021-06-30张林全

中国设备工程 2021年12期

张林全

（独山子石化公司热电厂机动科，新疆独山子 833600）

在工业生产的工厂中，很多锅炉因垢下腐蚀，造成锅炉寿命降低，锅炉泄漏频繁。垢下腐蚀是造成锅炉炉管泄漏的重要原因，腐蚀速度快，一般锅炉运行30000小时左右就容易出现腐蚀穿孔，甚至导致锅炉因受热面炉管爆破泄漏，严重威胁锅炉的运行安全。锅炉的垢下腐蚀又分为碱性腐蚀、酸性腐蚀等几个类型，不同类型的锅炉垢下腐蚀机理各不相同，下面我们谈谈锅炉垢下腐蚀的机理以及解决方案。

1 锅炉垢形成机理

1.1 锅炉垢下腐蚀的类型

当水垢附着于锅炉的受热面后，锅炉受热面炉管运行超温，位于水垢下方水份急剧蒸发，造成炉管会因超温运行而受损，存在水垢的炉管也容易受到腐蚀，这种腐蚀称为锅炉垢下腐蚀，不同类型的锅炉垢下腐蚀机理各不相同，锅炉垢下腐蚀又分为以下几种类型，主要有垢下氧化电化学腐蚀、碱腐蚀、酸腐蚀。

1.2 锅炉垢下腐蚀的形成机理

在锅炉长期运行过程中，因为炉内的水质不达标或者水质太硬，水中会含有大量的钙、钠、镁等元素，这些元素一旦形成沉积，就会在锅炉炉管内表面形成水垢。因镁、钙等物质的可溶性，但在锅炉运行过程中，这些可溶性物质被加热转化成为不可溶性的物资，所以在受热面形成一层锅炉垢。

1.3 锅炉垢下腐蚀的危害

由于锅炉受热面结垢，导致炉管导热系数成倍数下降，锅炉垢下金属壁温较正常运行时要高，当温度超过锅炉使用的金属材料允许温度时，炉管会因超温而产生蠕变，强度随之降低。锅炉炉管在恶劣的运行工况下，在垢下腐蚀部位开始出现穿孔、鼓包、裂纹，最终导致锅炉泄漏停炉，严重影响锅炉安稳长周期运行。

2 垢下腐蚀案例分析

我厂老区6台锅炉在2017年以及2018年，先后多次因垢下腐蚀造成锅炉泄漏停炉。

2018年，我厂6#炉因泄漏停炉，经割管检测，水冷壁管泄漏处位于水冷壁管迎火面中心位置，肉眼可见水冷壁管外表面有裂纹，裂纹长度经游标卡尺测量约16mm。沿水冷壁管鳍片处纵向剖开，水冷壁管迎火面内壁可见有大量疏松状的垢物，将结垢物冲洗干净后，发现泄漏处内壁存在一呈凿槽状腐蚀坑，腐蚀坑底有明显水流冲击形貌，其中心部位即为泄漏处，腐蚀坑内壁覆着黑色腐蚀产物（图1）。在腐蚀坑周围进行取样分析，开展硬度、金相分析，并测量该区域管壁厚度最小为3.12mm，相比正常管壁厚度5.15mm，减薄了2.03mm。

图1 腐蚀坑内表面

锅炉在长期运行后，大量的水垢层附着于锅炉炉管内表面，特别是锅炉高温热负荷区以及水循环不好的区域，并随着锅炉运行年限的延长，垢量不断加厚。炉管的传热系数成部降低，炉管也会存在局部超过金属允许温度运行，导致金属材料蠕变的发生。

锅炉停工时期，内表面可能接触到空气，发生电化学腐蚀，腐蚀即便在锅炉投入运行后，腐蚀因素消除，但可能发生二次腐蚀，形成Fe3O4，当锅炉再次停运时，铁锈又被氧化成高价铁，这样的过程随着锅炉启停次数增加，金属的腐蚀损害越烈，随着金属表面的氧化物分配不同，在局部区域形成成积垢。经统计6#炉在近4年开停工多达9次，如果在开停工过程中对水冷壁管腐蚀因素考虑不足，可能导致水冷壁管内壁局部区域积垢。

锅炉炉水水是除氧水、除盐水，PH值为8.0左右，含有一定的钠离子，一般运行情况，不会发生碱腐蚀。但垢层下方部分介质在高温蒸浓作用下，会浓缩成高浓度的碱溶液，高浓度的碱溶液会溶解金属表面Fe2O3，直接与金属表面在高温高压情况下形成反应，另外，Na2FeO2经过进一步水解使NaOH被还原，并析出氢，反应形成的H2易于在金属材料的相界、产生微裂纹区域、晶界区域、孔洞区域、及位错区等内部缺陷区域聚集，同时，其与晶界的C化物反应形成CH4气体，当集聚的CH4分压超过材料的屈服强度时，金属内部产生裂纹，并且随着反应持续进行，裂纹扩展并形成网状结构，向外壁持续扩展。

因此，本次泄漏的主要原因就是水冷壁管在小修前，在氢腐蚀的作用下，在内壁形成氢致裂纹，并且已扩展到接近外壁处，使得该水冷壁管有效厚度大大降低，当水冷壁管的有效厚度无法承载介质的作用，会在外壁处扩展形成裂纹并产生泄漏。

3 垢下腐蚀的防范与处理

垢下腐蚀的对炉管的危害性极大，防止炉管结垢以及结垢后及时进行处理，对炉管运行寿命起着重要的作用。

在新建锅炉投用前，需要进行锅炉化学清洗，确保锅炉炉管内部杂物被清洗干净，并在锅炉水侧炉管内部形成一层金属保护膜。在锅炉投入运行后，需要依据《火力发电厂化学监督导则》，对锅炉定期开展化学术监督工作。化学分析班组的人员每天必须对锅炉水、汽质量进行采样分析，并将分析结果与在线仪表测量值进行对照，当比对存在偏差时，需要及时通知热工人员进行表计校核，确保在线表计投用率以及准确性。