某工业锅炉大面积腐蚀的成因分析

摘 要 某工业锅炉投用仅3个月就出现锅炉大面积腐蚀穿孔泄漏事故，本文对这一情况进行缺陷成因分析，初步判断是加药不当，造成锅炉水碱度或pH偏高，造成碱腐蚀，并提出缺陷预防措施及意见。

关键词 碱腐蚀；加药不当；缺陷成因分析

中图分类号 TK 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)031-0166-01

福建某食品企业的一台DZG3-1.25-WⅡ型工业锅炉，工作压力为1.25 Mpa，额定蒸发量为3 t/h，固定炉排，燃料为Ⅱ类无烟煤。该锅炉补给水是使用水库水，该锅炉水处理型式采用锅内加药，药剂为烧碱，加药时司炉工一次性把整袋烧碱投入给水池；该锅炉投用时尚未配备水处理化验人员，所以锅炉运行时未监测锅炉给水、锅水水质；该锅炉因生产紧张常超负荷运行，并仅偶尔在低负荷时排污。投入运行三个月后，发现烟管穿孔泄漏事故，导致紧急停炉、企业停产。

1 宏观检查

打开锅炉所有人手孔，对锅炉内部进行了全面检查，锅炉内部几乎未发现水垢，金属表面几乎没有完整的保护膜，锅筒下侧、后管板中下侧发现大面积溃疡型腐蚀坑，深约2 mm-5 mm；烟管、壁管均发现大面积溃疡型腐蚀坑 ，深1 mm-3 mm，部分已穿孔泄漏；腐蚀部位有坚硬的黑褐色腐蚀产物。前管板、下降管、液位以上区域未发现腐蚀坑。整体腐蚀情况明显是向火侧、温度高的高热负荷区域腐蚀较明显：因炉膛中部有挡火墙，锅筒底部中央几乎未发现腐蚀，底部中央两侧受幅射加热区腐蚀明显；水冷壁管明显是向火侧腐蚀更严重；高温区进口段烟管腐蚀明显比低温区更深；未受热的下降管、集箱未发现腐蚀，前管板腐蚀也不明显，经壁厚检测，未发现明显减薄。

2 检测项目结果

1）将该炉给水取样检测，检测结果：pH值7.7；给水硬度为1.2 mmol/L；浊度1.5；符合GB/T1576-2008标准水质要求。锅水已排空，无法检测。

2）对腐蚀产物进行分析：腐蚀产物主要是铁氧化物。

3）查锅炉出厂资料，各部位材质如下：锅筒、管板：Q345R；下降管、集箱、壁管、烟管：20，GB3087-2008。

管样化学成分分析：炉管管样主要成分均正常，符合20，GB3087-2008的标准。

4）对割取的腐蚀部位炉管管样进行了显微分析，从组织和夹杂物分布认为是正常的。

3 缺陷成因分析

该锅炉呈现的几乎所有受热承压部位都出现腐蚀情况较少见，应是水质异常才会出现这种情况；但由于使用单位管理不善，未配备水处理人员，未作水质化验及记录，发生事故后锅水已排空，无法监测锅水水质，补给水经化验符合GB/T1576-2008标准水质要求。一度给该缺陷成因分析造成困扰。后经调查，该锅炉水处理型式采用锅内加药，药剂为烧碱，加药量未经计算，加药时司炉工一次性把整袋烧碱投入给水池，再由水泵抽进锅炉，这种加药方式极易造成锅水PH值超标，碱度过大（至少是短时超标），再加上该锅炉常处于超负荷状态，使游离的氢氧化钠浓缩到危险的浓度（特别是受热温度较高的高热负荷部位），造成锅内碱腐蚀，直至穿孔泄漏。

根据调查获得锅炉加药方式、锅炉内表面的腐蚀状况和腐蚀产物分析结果，初步判断是加药不当，导致锅水PH值超标，碱度过大，造成锅内碱腐蚀，直至穿孔泄漏。

4 腐蚀破坏机理分析

碱腐蚀是指游离的氢氧化钠对金属的腐蚀。锅炉水碱度或PH偏高时，在高热负荷部位由于水流不畅或发生核态沸腾造成碱浓度过高发生碱腐蚀。浓缩碱的存在将损坏四氧化三铁保护膜，造成金属以光滑起伏刨槽形式的腐蚀，它的深度是浓度和金属与碱接触时间的函数。

在常温下，只有当氢氧化钠浓度高于30%时，才会因为钢铁表面氧化膜的溶解而引起腐蚀。但在锅炉的高温高压力条件下，锅水中含有5%～10%的氢氧化钠，也能使钢铁发生较强烈碱腐蚀。锅炉在运行正常的情况下，是不会造成碱腐蚀的，即使pH=13，锅水中相当于NaOH含量也不过0.5%左右，碳钢在这样浓度的碱浓液是非常稳定的。发生碱腐蚀原因是由于炉管的局部发生了碱的浓缩，使氢氧化钠达到危险的浓度，这时钢铁表面的保护膜四氧化三铁首先和浓NaOH反应，随后其下的基体金属铁也和NaOH反应，产生铁酸钠和亚铁酸钠。而这两种物质又可与渗入的锅水发生水解反应，生成氧化铁和氧化亚铁腐蚀产物和NaOH，后者又继续腐蚀金属，整个反应过程并不消耗NaOH，使腐蚀一直继续下去。碱性腐蚀一般具有局部性的特性，呈现小沟槽或不规则的溃疡型。碱腐蚀的作用，主要是溶解钢铁表面的氧化膜，使其表面失去作用，从而创造了腐蚀过程连续发生的可能性。

5 缺陷预防或监控措施及意见

根据GB/T1576-2008《工业锅炉水质》标准规定：额定蒸发量小于或等于4 t/h，且额定蒸汽压力小于或等于1.3 Mpa的自然循环蒸汽锅炉、对水汽质量无特殊要求的汽水两用锅炉、额定功率小于或等于4.2 MW非管架工承压的热水锅炉，均可采用单纯锅内加药水处理。该使用单位锅炉符合要求，允许采用锅内加药水处理，但锅内加药量是需要科学计算，加药方式要符合要求。锅内加药处理药剂用量的确定通常分两种，一是根据原水的硬度、碱度和锅水需维持的碱度、锅炉排污率等参数，并按化学反应物质的量进行计算确定，二是按实验数据或经验用量进行

计算。

根据TSG G5001-2010《锅炉水（介）质处理监督管理规则》规定：锅炉使用单位应当结合本单位珠实际情况，明确岗位职责，建立健全水（介）质处理管理制度并且严格执行，确保水（介）质的质量符合要求。锅炉使用单位应当根据锅炉的数量、参数、水源情况和水处理方式等配备相应的锅炉水处理作业人员。锅炉使用单位应当对水汽质量定期进行常规化验分析。该使用单位长期对水处理工作不重视，未配备水质化验人员，未作水质分析及记录，长期任由司炉工随意加药。此次炉因加药不当出现锅炉腐蚀损坏，损失较大，须引起企业对水处理作业重视，培训水质化验人员，作好水质化验工作，合理加药，科学排污，避免同类事故的发生。

对该使用单位建议将蒸汽冷凝水回收利用，可大大减少补给水量，显著降低燃料消耗，而且回水纯净，杂质少，可提高水质质量。

参考文献

[1]姚继贤.工业锅炉水处理及水质分析[M].劳动人事出版社,1987.

[2]李茂东,林锡辉.锅炉腐蚀原因分析及预防[J].暨南大学学报(自然科学与医学版,2003,24(01).