炉管腐蚀的起因与对策

摘要：由于炉管处于非常特殊的运行环境，温度、压力以及腐蚀性介质使其具备遭受多种腐蚀的条件，只有充分认识这些腐蚀的起因，才能采取有效的预防措施，使炉管免遭腐蚀破坏。炉管腐蚀往往是一综合性问题。多种腐蚀可能同时出现，它们可能相互促进，也可能互为因果关系。因此，在采取预防措施时，要全面系统地分析腐蚀起因，进行综合治理。此外，炉管的防腐有时还需从锅炉效率以及环境污染等多方面综合考虑。

关键词：炉管腐蚀；预防措施；腐蚀起因

中图分类号：TB304文献标识码： A

一、管内腐蚀

1、汽水腐蚀

汽水腐蚀是由于金属铁被水蒸汽氧化而发生的一种化学腐蚀。汽水腐蚀是过热器管的主要腐蚀形式，在蒸发管中当发生汽水分层或循环停滞时也会发生，其特征是均匀腐蚀。过热蒸汽在450℃时，可直接与铁发生下列反应:3Fe＋4H2OFe3O4＋4H2当温度为570℃以上时，其反应生成物为Fe2O3:Fe＋H2OFeO＋H22FeO＋H2OFe2O3＋H2，防止汽水腐蚀的方法有：消除倾斜角度较小的蒸发段，确保水循环正常，对于过热温度较高的过热器，应采用耐热、耐腐蚀性能较好的合金钢管等。

2、碱腐蚀

碱腐蚀是通过强碱的化学作用，使管内壁面的Fe3O4保护膜遭到破坏，而后使金属基体遭到进一步氧化的一种化学腐蚀。例如对于苛性碱(NaOH)，它通过如下反应：4NaOH＋Fe3O42NaFeO2＋Na2FeO2＋2H2O使Fe3O4保护膜遭到破坏，露出的铁直接与NaOH发生如下反应，使金属表面不断腐蚀：Fe＋2NaOHNa2FeO2＋H2炉水的酸碱性应由添加HCl和NaOH来调节的，当pH值保持在10～11时，铁的腐蚀速率变得很小。如果pH值保持在13以上，就会发生较严重的碱腐蚀。碱腐蚀与水处理方法关系很大，氢氧化钠处理法是添加NaOH将pH值保持在10-11左右，并用磷酸三钠来除去硬度的方法。该方法的缺点是固体物质较多，它们附着于管内表面造成碱浓缩，产生碱腐蚀的危险很大。调整磷酸处理法是添加磷酸三钠将pH值保持在10-10.5之间的方法。为了防止形成游离碱，应将Na＋与PO43－的比例保持在3以下，但由于磷酸三钠的溶解度随温度变化，在110℃以上时，随着温度的升高，溶解度降低，倘若添加过量的磷酸钠，则会在管壁的过热区析出磷酸盐。鉴此，只添加少量的磷酸钠，例如使PO43－离子浓度保持在0.5-6ppm左右，pH值保持在9-10.5的范围，这样就能避免出现盐析现象。不过，如果是高压锅炉，即使如此微量的固体物质，也会在炉壁上析出，仍可造成为碱腐蚀。

碱腐蚀一般发生在水冷壁管的高温区，或者由于结垢和局部阻碍物造成的局部过热区。由于炉管局部过热，导致NaOH在该处浓缩。例如当过热度(＝管壁温度－饱和温度)为10℃时，根据锅炉压力的大小，NaOH可浓缩为5%～20%。因此，即使把炉水中的NaOH浓度控制在100mg／L以下，在管内无垢的情况下，NaOH也可浓缩到万分之几，在管内有垢时，则可浓缩到百分之几十的程度。防止碱腐蚀要从防止炉管局部过热和降低炉水中NaOH浓度两方面入手。锅炉及时排污，可减轻碱腐蚀。除了上面提到的在炉水中加入适量的磷酸盐，可以降低游离NaOH，防止炉水受到碱性再生剂的污染，也是需要注意的方面。

3、酸腐蚀

当浓缩炉水中含有较多的MgCl2和CaCl2时，这两种化合物会与水作用生成盐，使炉水中氢离子浓度增加。软化装置中酸性再生以及冷却塔的污染，酸性清洗后的残留液，都会使炉水酸化，发生如下酸腐蚀：2H＋＋FeOFe2＋＋H2酸腐蚀一般发生在疏松的垢层下，热流密度较大和汽膜形成的区域。酸腐蚀的特征是被腐蚀的炉管表面出现与碱腐蚀类似的麻点和凹坑，但由于Fe2O3不溶于酸性介质，故在酸腐蚀的炉管表面会出现红色氧化层(Fe2O3)。防止汽膜形成和表面结垢，防止炉水污染，及时消除酸性残液，可以减轻酸腐蚀。

4、气体腐蚀

锅炉给水中如含有较多的氧和二氧化碳气体，就会使炉管发生电化学腐蚀。电化学腐蚀是由于在金属表面形成若干微电池的结果。在微电池的阳极，铁失去电子，以Fe2＋的形式溶于水中，电子则留在金属表面。当炉水中含有氢、氧、二氧化碳等阳离子时，这些阳离子极易接受电子，金属表面上的电子会从微电池的阳极流向阴极，在阳极处与炉水中的阳离子结合而消失。于是，微电池阳极处的电平衡遭到破坏，使Fe＋＋继续溶入水中，从而使该处的金属不断遭到腐蚀。这种在阳极处接受电子并使之消失的作用称之为去极化，引起去极化作用的物质叫去极剂。氧是强烈的去极剂，其去极化作用为：O2＋4e＋2H2O4OH－此外，氧还能将溶于水中的Fe（OH）2氧化，生成Fe（OH）3沉淀，从而加快腐蚀。锅炉给水通常要经过脱氧处理，但如果脱氧不好，就可能在脱氧后给水中仍然含有氧气。例如：脱氧器的塔板损坏，或操作条件不合适，达不到脱氧要求；联氨加入位置不合适，来不及和水中残余氧进行充分反应等。除了在给水中带入溶解氧以外，氧还可以随腐蚀产物如三氧化二铁及氧化铜等物质带入锅炉。或者在发生事故的情况下，由于冷水线突然打开，造成系统真空而漏入空气等。

防止氧腐蚀的方法有：除了对锅炉给水有效除氧外，应提高给水管炉水流速，避免氧气在个别区域积聚，使氧气与金属壁面均匀接触，形成较均匀的腐蚀等。给水中存在二氧化碳气体等，将发生如下反应，使炉水中氢离子H＋浓度增加，使炉水呈酸性：CO2＋H2OH2CO3H＋＋HCO3－氢离子是去极剂，它发生如下极化作用，使腐蚀加剧(即所谓CO2腐蚀)。2H＋＋2e2HH2，CO2腐蚀一般为均匀腐蚀，形成的铁锈粗松，易被水冲起，不能形成保护膜，使腐蚀连续进行下去。防止方法是在锅炉给水中尽量除掉CO2气体及碳酸化合物。

二、管外腐蚀

1、灰致腐蚀

灰致腐蚀是在高温条件下，炉灰中形成的一些低熔点化合物，凝结在炉管表面而形成熔融层，破坏了原有的氧化层保护膜，从而加速了炉管材料的氧化过程。灰致腐蚀是过热器和再热器等高温炉管常见的腐蚀形式。对于燃油锅炉，重油中所含的钒附着在过热器或再热器等高温炉管上，形成低熔点化合物而腐蚀钢(称为钒腐蚀)。其氧化机理如下：2Fe＋2V2O5Fe2O3＋3V2O4,Fe2O3＋V2O52FeVO4,6V2O4＋3O26V2O5金属表面附着的熔融状态的钒化合物，将外界提供给的氧向金属表面输送，使金属不断氧化，生成的氧化物不断被破坏，形成多孔物质而促进氧的供给。当烟气中含有Na2SO4时，不单是氧化，还会发生由Na2SO4引起的高温腐蚀(称之为硫化腐蚀)。对于燃煤锅炉和以城市垃圾为燃料的锅炉，烟灰中的硫酸钾同样起到促进氧化的目的。

2、还原性气氛腐蚀

水冷壁炉管易受到还原性气氛腐蚀。在还原性气氛中会形成高温硫酸化合物(如Na2S2O7和K2S2O7)，这些在高温下气化后的硫酸化合物遇到水冷壁炉管后在其表面液化，从而将炉管表面的氧化层保护膜溶解，使炉管遭到不断的氧化腐蚀。还原性气氛腐蚀常见于水冷壁炉管的顶部区域。烟灰中碳含量增高，说明燃烧不完全，存在还原性气氛。对于还原性气氛腐蚀，应在锅炉燃烧设计时予以重视，另外炉管的选材和表面处理，也是减轻和防止还原性气氛腐蚀的一个途径。燃油锅炉的重油中通常含有2%-3%的硫，由于燃烧而生成二氧化硫气体，这样，在烟气中就会有约0.2%的SO2，其中1%-2%SO2受灰分和金属氧化物等的催化作用而生成三氧化硫(SO3)，它再与燃烧气体中所含的水分(约5%-10%)结合生成硫酸，在处于露点以下的金属表面凝结并腐蚀金属(即所谓硫酸露点腐蚀)，其反应如下：S＋O2SO2,2SO2＋O22SO3SO3＋H2OH2SO4,一般认为，硫酸露点腐蚀有三个阶段：第一阶段相应于锅炉刚开始运行不久的状况，金属表面处于低温和低浓度充酸的腐蚀环境中，此时钢处于活性溶解状态，腐蚀速度很大，但从时间上看却又很短暂，考虑到锅炉的长期运行，这个阶段对总腐蚀量的影响不大；在第二阶段，金属表面温度已达到平衡，属于高温、高浓度硫酸腐蚀范围；第三阶段所形成硫酸的温度、浓度和第二阶段相同，但在其中含有大量的未燃碳，由于未燃碳的催化作用，使Fe3＋也大量存在，耐露点腐蚀的钢处于相应极化曲线的纯化区范围，其腐蚀速度是很小的，而碳钢则仍处于与第二阶段一样的活化状态，腐蚀速度很大。要想从根本上解决硫酸露点腐蚀问题，就必需减少燃烧中的硫分来抑制硫酸的生成。为此，应使用含硫量在0.5%以下的燃油。或采取经精炼脱硫后的低硫重油。

结束语

随着生产实际及所需负荷的变化，锅炉机组停机备用的频率频繁，锅炉一旦出现腐蚀，会直接威胁炉的安全运行，锅炉的防腐工作势在必行，意义重大。另外，对锅炉水处理方案及设置应进行技术经济分析和优化设计。用最简单的方案和设施,合理的经济性，全面达到水质标准满足锅炉水质的要求。从而确保锅炉安全、平稳、经济地运行。

参考文献

[1]余菲,陈圆.锅炉不锈钢管的应力腐蚀探究[J].清洗世界,2014,02:27-31+41.

[2]沈智芬.锅炉基本金属高低温腐蚀及对策[J].科技视界,2014,04:93+190.

[3]王森.炉管腐蚀的起因与对策[J].新疆有色金属,2013,S2:207-208+210.