锅炉受热面结垢与腐蚀的成因及防止

摘 要：工业中锅护的维护和检修中锅炉受热面的结垢与腐蚀问题，是造成锅炉运行中安全隐患的主要原因，通过了解成因加强对锅炉安全运行的管理，有助于防止受热面结垢与腐蚀，做到真正的防患于未然。

关键词：锅炉 受热面结垢 腐蚀 成因

中图分类号：TK22 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）008-072-02

在工业锅护的维护和检修中锅炉受热面的结垢与腐蚀问题，是常见的维修重点，锅内受热元件的结垢腐蚀导致传热性能变差，温差增大，水垢的导热系数仅为钢材导热系数的1/10，也就是说若有1mm的水垢附着在金属壁上，其热阻相当于钢管加厚了几毫米甚至更多，燃煤消耗量增大10%以上，锅炉出力就会降低，由此引起锅炉水冷壁管及其它受热件的过热，导致管子鼓包，穿孔和发生爆管事故。此类故障造成运行安全隐患，使日常运行维护检修成本加大，应引起锅炉使用管理单位的高度重视，操作人员要了解学会预防的方法及应对措施。本文就锅炉受热面水垢与腐蚀的成因及防止方法，对锅炉安全运行管理讨论如下。

1 锅炉受热面的结垢

水垢的生成过程是在受热面和炉水之间，在强烈热交换过程中进行的。带有杂质的给水在进入锅炉受热时，水中的重碳酸盐类会受热分解，生成难溶的沉淀物，水中菲碳酸盐类的溶解度是随炉温升高而逐渐下降的，当达到饱和浓度后，这种盐类便沉淀析出。

当水在锅炉不断蒸发，浓缩，使盐类浓度超过饱和浓度后，一些盐类也从水中析出，形成结晶沉淀物质，结晶可以以壁面粗糙点为核心形成在受热面壁上，在金属表面上形成坚硬而致密沉淀物，称为水垢。

水垢的组成和性质形态与水质成分，受热面温度及锅水的循环状态，pH值等因素有很大关系，组成十分复杂，常见的几种水垢的组成及性质如下。

1.1 钙，镁水垢

钙，镁水垢主要成分为钙镁盐类，有时可达90%以上，按其化学成分有以下四种。

（1）碳酸盐水垢，是最常见的水垢，以CaCO3为主，此类水垢通常在锅水未沸腾处形成，极易在给水管道中非沸腾式省煤器中形成。

（2）硫酸盐水垢，主要成分为CaO和 SO2，化合物形态为CaSO4和CaSO4·2H2O等，此种水垢坚硬，致密，常沉淀在温度高，蒸发率达的受热面上，如锅炉的水冷壁管和对流管束。

（3）硅酸盐水垢，以硅酸铝和硅酸镁形成，化合物形态为CaSIO3和SCaO·5SiO2·H2O等，这种水垢最硬，导热性差，危害也最大，通常在锅炉热负荷高的沸腾管形成（中高压蒸汽锅炉）。

（4）混合水垢，是由钙，镁的碳酸盐硫酸盐硅酸盐以及铁鋁氧化物组成，其性质随成分不同差别较大。

通常我们可以从水垢的色别来大致判别定性，以便采取相应的防止措施。

1.2 硅酸盐水垢

这种水垢主要成分是铝，铁的硅酸化合物，锅炉给水中的铝，铁硅酸化合物主要来自补给水和凝汽器泄漏的冷却水。

1.3 氧化铁水垢

主要成分为铁的化合物，常发生在大型锅炉高温负荷区的水冷壁管上，其主要成因是给水及锅水中含氧量大，在高温负荷下易形成。水垢外表面为咖啡色，内层呈灰色而垢下则有少量白色盐类。

2 锅内水垢的防止

（1）严格按GB1573《工业锅炉水质》的标准执行，规范锅炉给水水质。加强对原水及处理后水质的适时监测记录，保证锅炉运行中水质达标，这是防止锅炉不结垢减少腐蚀安全运行的关键。

（2）热水锅炉水垢与蒸汽锅炉水垢结生的机理不同，蒸汽锅炉水垢主要是给水不达标造成，而热水锅炉结生的水垢一方面来源于锅炉水，另一方面来源于管网系统的腐蚀，热水锅炉采暖系统的水主要存在于管网和用户这个大的循环系统中，因此，对于热水锅炉在保证给水合格的条件下，加强停炉期间锅炉系统的保养，能够有效防止热水锅炉的结垢。

在水质硬度比较高的地域，优先选用自来水，无自来水的地方若用地下井必须保证出水量，不可忽视这一问题，曾发生过当年安装的锅炉运行不到一个采暖期就发生数根炉管爆裂停用的事故，在质量事故分析中发现管子内被水垢泥沙堵塞所致。根本原因是当年投入运行，给水严重不足，在院内自打地下水井出水量有限，而锅炉大量补水，潜泵将大量泥浆抽入锅炉在炉管沉积堵塞造成上述事故。

（3）控制系统失水，尽量减少补给水量。

3 锅炉受热面和管内腐蚀

锅炉受热面和管内腐蚀是指锅炉汽水通道中发生的金属腐蚀，此类腐蚀使承压锅炉受热面和管道金属强度降低，从而导致爆管和严重事故的发生。

3.1 金属腐蚀的类型

根据腐蚀的机理主要分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类。

金属的化学腐蚀虽不如电化学腐蚀那么严重和普遍，但锅炉在高温环境下运行极易发生腐蚀。

锅炉制造所采用的金属材料都不是纯铁，受热面主材均为碳结低合金材料，合金元素的存在总会有其他化学成分，金属表面氧化膜层也是不均匀的，腐蚀产物在金属表面上沉淀情况与金属接触的电解质溶液的成分也是不同的，因此金属表面上存在着无数电极电位有差异的部分，形成了无数个原电池，电位极低的阳极因失去电子并将自己的正离子投入溶液而被腐蚀。

化学和电化学所产生的腐蚀形式有：均匀腐蚀，不均匀腐蚀，溃疡腐蚀，点腐蚀。

3.2 锅炉内部主要腐蚀形式

锅炉汽水通道内发生的腐蚀为锅内腐蚀，主要有汽水腐蚀，气体腐蚀，碱性腐蚀，垢下腐蚀，苛性脆化，疲劳腐蚀等。

汽水腐蚀是一种纯化学腐蚀，属均匀腐蚀，金属被过热蒸汽氧化而形成，当温度≥570℃以上时生成物为Fe2O3，在锅炉过热器和蒸发管中的主要腐蚀形式。

气体腐蚀，锅炉给水管若不除氧，就会有过多氧气，二氧化碳气体均会引起金属腐蚀。

氧气腐蚀是锅炉中最常见的腐蚀形式，锅炉给水管道及省煤器管最易发生氧腐蚀，含氧水首先与这些金属表面接触，一般形成为点腐蚀，溃疡腐蚀，是造成省煤器管泄漏的主要原因之一。

碱性腐蚀，属电化学腐蚀，当炉水碱度（NaOH）过高时由铁和金属壁上非铁成分及炉水可组成许多微电池，在阳极阴极上发生反应。此种腐蚀一般具有局部性特征，呈现不规则特性，炉温愈高，NaOH浓度愈大，腐蚀过程愈严重，最易发生在锅炉的焊缝，水垢缝隙处，汽水分层处，水循环停滞处，多为腐蚀坑。

3.3 锅炉内部腐蚀的防止

防止和减少锅炉内部腐蚀的根本途径，还是解决水质达标符合规定值。在运行过程中从原水悬浮物，硬度，碱度，酸度pH值，进行适时检测。此外还可采用下述方法防止和减缓锅内腐蚀。

防止汽水腐蚀的方法为消除倾斜角度小的蒸发管段，确保水循环正常。对于过热蒸汽温度较高的过热器应采用耐热，耐腐蚀性高的合金钢管。

对氧腐蚀可提高给水管和省煤器管的水速，使氧不停留在金属表面的个别点上，这样可使腐蚀由点腐蚀变为均匀腐蚀，使管子不易穿孔。对CO2气体腐蚀的防止办法，应在给水补水中去除CO2及碳酸化合物。

对于碱性腐蚀的防止，应设法减少炉水中游离苛性钠量。

4 结束语

工业锅炉是特种设备，安全运行高效节能是锅炉管理者的重要职责，在锅炉事故中，因受热面水垢腐蚀造成的安全隐患及损坏事故数量仍占有很大比率。管理操作者了解并懂得危害发生的基本原因，就能够从源头上加强预防，真正做到防患于未然。

参考文献：

[1] 窦照英，周军.锅炉压力容器腐蚀失效与防护技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2] 郝景泰，于萍，周英.工业锅炉水处理技术[M].北京：气象出版社，2000.