浅谈加热炉腐蚀与防腐保养

【摘要】伴随气田开发，天然气的换热与集气站设备伴热等工艺，对天然气地面集输显得尤为重要，这就对加热炉的安全平稳工作提出了要求，本文根据加热炉结构和使用特点通过研究其被腐蚀机理和状况从而提出防腐对策，延长加热炉使用年限，达到节约经费的效益，使加热炉高效、稳定、安全的为气田服务。

【关键词】加热炉 腐蚀机理 防腐保养

1 前言

加热炉是目前气田集输系统中应用较广的天然气换热设备，其主要作用是防止天然气集输过程中形成水合物堵塞管道。在加热炉的使用中，虽然我作业区已使用软化水作为锅炉用水，但由于没有可靠的除氧措施，水中的氧和二氧化碳均处饱和状态，极易形成电化学腐蚀，加之加热炉结构复杂、炉体封闭、基层员工防腐保养知识有限，在日常的锅炉检测和维护中，我们发现大多数锅炉都存在大小不等的电化学腐蚀和化学腐蚀现象，对锅炉的安全构成了威胁。因此，如何有效防止或减轻腐蚀问题显得尤为重要。

2 加热炉使用现状

大庆油田采气分公司第二作业区目前加热炉使用情况为：使用年限在1-4年的有14台，5-8年的有17台，9年以上的5台。

升深2-1区块的升深1、升深2集气站的换热锅炉因介质、冲蚀、CO2、CL-等多种原因腐蚀，频繁出现盘管泄露问题，如2010-2011年升深2-5井、升深2-25井、升深2-17井的换热锅炉盘管分别出现泄露现象，严重影响正常安全生产。

因此2010年对升深1集气站被腐蚀泄露2号加热炉进行了解剖，表现为盘管外部腐蚀，形态为腐蚀凹坑，最大蚀坑深度超过3mm，局部腐蚀对盘管强度削弱明显，存在严重安全隐患。

我们在夏季停产检修时对第二作业区在用的36台加热炉进行仔细排查，结合历年腐蚀检测结果得出加热炉腐蚀情况如下表1所示：

3 腐蚀产生机理

由于锅炉是一种有极性的电解质，在水的极性分子的吸引下，钢材表面的一部分铁原子开始移入锅炉水而成为带正电的铁离子，而钢材上保留多余的电子带负电荷。若铁离子不断进入锅炉水，则使钢板（管）上逐渐出现坑洞，产生腐蚀。其化学反应：

Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2

2H2+O2=2H2O

4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3

另外氧腐蚀速度与水中含氧量成正比。由于溶解氧本身是阴极去极化剂，

即：O2+4e+2H2O=4OH-

对金属的危害十分严重；而二氧化碳在水溶液中呈酸性，直接破坏金属表面保护膜，加速了氧对金属的电化学腐蚀。

在锅炉用水中，碱性成分主要由HCO3的盐类[如Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2]组成，这些重碳酸盐（暂时硬度）在锅炉中经过一系列的变化，在水中产生二氧化碳和碳酸，从而引起锅炉内表面腐蚀。特别是在使用过程中补入的新水不进行处理，直接送入锅炉，在锅炉内被加热的过程中，重碳酸盐被分解，产生沉淀物，即：

Ca（HCO3）2CaCO3+H2O+CO2

Mg（HCO3）2Mg（OH）2+2CO2

产生的沉淀物粘附于锅炉及管道的内加热表面，形成坚硬的水垢。CO2溶解于水，形成碳酸，而碳酸与铁进行反应，即：

CO2+ H2OH2CO3H++HCO3-

Fe+2H2O+CO2=Fe（HCO3）2+H2

生成的重碳酸铁[Fe（HCO3）2]对锅炉产生腐蚀。换句话说，只要水中存在CO2，腐蚀铁的反应就会一直进行下去，直到CO2消耗完为止。

重碳酸铁[Fe（HCO3）2]溶解于水。如果水中不存在O2，那么，Fe（HCO3）2以溶解液状态被加热分解，产生沉淀物——Fe2O3（红锈），它是松散的水渣，通过排污排掉。这种腐蚀的特点是内表面腐蚀均匀。如果水中存在O2，那么O2就和Fe（HCO3）2反应，产生二氧化碳即：

4Fe（HCO3）2]+O2+2H2O4 Fe（OH）3+8CO2

Fe（OH）3又与水溶液中的Fe（OH）2相互碰撞后生成Fe3O4（黑锈）保护膜。

新产生的CO2又变为碳酸，破坏保护膜，腐蚀内表面。反应反复进行，直到O2全部消耗完为止。所以，即使存在少量的O2，也明显加快了腐蚀进程。

4.1 一是大量补入的锅炉用水未采用除氧方式

锅炉由于换热量大，需要大量均衡连续的给水，当补给水中含有杂质，水中的重碳酸盐在炉内加热的过程中产生二氧化碳；或在直接补入生水的过程中，即补进了溶解氧，对锅炉金属壁面产生腐蚀。

4.2 PH值过低，加速了金属壁腐蚀

我国GB1576《低压锅炉水质标准》中详细说明，当锅炉用水PH=9.5～11时，金属具有坚硬的氧化保护层，可大大减缓腐蚀，甚至避免腐蚀情况的发生。但是当PH值

夏季检修期间我们对第二作业区的在用36台锅炉内的炉水进行PH值检测，得出结果如下表2所示：

以升1号集气站的1号加热炉为例，我们分别对进炉的软化水和集气站的生活用水进行PH值测试，得出结果分别为11.5和6.1，后经过一段时间使用后向锅炉补入普通生活用水，再测试其PH值为8.3，远远低于GB1576《低压锅炉水质标准》中规定的PH=9.5～11，所以实验证明，在日常补水过程中的确存在PH值降低的现象发生，PH值过低，腐蚀介质活跃，锅炉腐蚀确实存在。4.3 水温的影响

炉水的温度高，钢材表面温度也高，则Fe2+在水溶液中的扩散速度加快，电解质水溶液的电阻降低。由于氧腐蚀的基本原理是靠扩散，扩散速度愈快，氧腐蚀速度越快。对于锅炉来说，腐蚀速度随着水温的升高，局部腐蚀的程度明显提高，我们以冬季生产期为例，锅炉换热时水温一般控制在75℃—90℃之间，对照温度与腐蚀率关系曲线，我们可以看出在这个温度区间内是腐蚀的高发区，但是这种由于温度造成的腐蚀是不可避免的。