余热锅炉低压系统流动加速腐蚀的分析及处理

余热锅炉低压系统流动加速腐蚀的分析及处理

嵇国军

江苏国信协联燃气热电有限公司  江苏 宜兴 214203

摘要:某公司余热锅炉投运不到3年就出现低压主蒸汽温度明显偏低现象，通过检查分析发现是由于流动加速腐蚀造成。通过对流动加速腐蚀机理的分析，现场问题处理，基本解决了流动加速腐蚀对余热锅炉的影响。

关键词：余热锅炉；低压系统；流动加速腐蚀

Analysis and treatment of flow accelerated corrosion in low pressure system of waste heat boiler

JI Guojun

(Jiangsu Guoxin Union Gas Thermoelectricity Co., Ltd. , Yixing 214203 )

Summary: the low-pressure main steam temperature of a company's waste heat boiler was obviously lower than it should be after it was put into operation less than 3 years . Through inspection and analysis, it is found that it is caused by flow accelerated corrosion. Through the analysis of the mechanism of flow accelerated corrosion and the treatment of field problems, the influence of flow accelerated corrosion on waste heat boiler is basically solved.

Key words: waste heat boiler; low pressure system; flow accelerated corrosion

1 问题概述

某电厂#2号余热锅炉2015年8月投入正常运行，2018年2月出现低压蒸汽温度明显偏低现象，现场检查受热面正常，通过数据研究分析判断可能是低压汽包钢丝网除雾器脱落，造成低压主蒸汽汽水分离降低，蒸汽带水导致低压主蒸汽温度降低。通过停炉检查发现低压汽包上升管出口隔仓由于汽水冲刷造成破裂，上升管汽水直接冲出导致低压汽包钢丝网除雾器脱落，造成余热锅炉低压主蒸汽温度降低。经停炉发现由于低压汽包上升管隔仓破损造成除雾器脱落。2018年3月#1余热锅炉停炉检查发现同样存在这种问题。2019年12月对#1余热锅炉低压汽包上升管弯头检查，发现有4只弯头（φ406*8mm）背弧处最大减薄至3.2mm，对弯头进行了更换。

2 原因分析

低压汽包隔仓冲刷破裂和低压蒸发器上升管弯头发生减薄，主要是因为流动加速腐蚀（FAC)造成的。

流动加速腐蚀(Flow Accelerated Corrosion,简称FAC),也称流动助长腐蚀(Flow Assised Corrosion)。这是一种由于受液体流动的影响而产生的腐蚀。由于流动加速腐蚀常发生于局部区域,此时也称流动加速局部腐蚀(Flow induced localized corrosion)。这是一种受流体影响而加速腐蚀的现象。

管件的几何形状的改变能加速流体流动和湍流程度，使流动不均匀，出现局部涡流。湍流使金属表面的液体扰动更加剧烈，腐蚀破坏也更严重，因此流动加速腐蚀主要发生在低压蒸发系统的流动形态发生突变的两相流区域（如弯头、三通、大小头等），与现场所发生情况也吻合。

3 FAC的机理分析

（1）流体加速腐蚀发生的机理

流动加速腐蚀发生在100～250℃，流动加速腐蚀发生的机理如图1所示：

图1 流动加速腐蚀发生的机理图

（2）pH值对流体加速腐蚀的影响

流体加速腐蚀的发生受PH值影响较大，PH值越低，流体加速腐蚀越严重，这是因为PH值低，氧化保护膜的溶解度增加，静止条件下温度、pH值与腐蚀的关系图如图2所示,两相流条件下温度、pH值与腐蚀关系如图3所示。

图2 静止条件下温度、PH值与腐蚀的关系图

图3 两相流条件下温度、pH与腐蚀的关系

（3）管道材质对流体加速腐蚀的影响

查阅相关研究资料^［1］：材料成分对流动加速腐蚀的影响主要是通过影响基体表面生成的氧化膜的稳定性和溶解度来实现的。研究证明，Cr、Mo、Cu等都能影响氧化膜稳定性和溶解度，其中Cr的影响最大。EDF和EPRI都在材料成分对FAC的影响做了大量工作。Ducreux在EDF的CIROCO回路上研究了材料成分对FAC的影响规律（温度为180℃，pH为9.0，流体流速56 m/s）。结果表明，在实验条件下材料中Cr含量大于1%时，FAC速率降到很低甚至可以忽略。当Cr含量为0.1%时，仍能大大降低单项流体的FAC速率。EPRI的A.Mchiels和D.Munson分别用单相流和气液两相流实验来研究Cr含量的影响。实验条件下Ph

_25℃为9.0，流体流速为1.3m/s～60 m/s，单相流的温度为180℃，双相流温度为175℃。结果表明Cr含量大于0.1%时，FAC速率降低，如图4所示。

图4 Cr含量对FAC的影响

因此为了更好的抑制FAC，可将管路系统中的敏感部位如弯头、变径管、三通等部件选用Cr含量大于1%的合金钢。

4 解决措施

余热锅炉流动加速腐蚀现象是客观存在的，为避免出现流动加速腐蚀情况，在余热锅炉设计中采取主要以下措施：

（1）在设计阶段通过计算选取合适的蒸发器布置形式及管径，控制蒸发器的循环倍率；自然循环的总体动力阻力平衡为：上升管流动阻力+下降管流动阻力+蒸发受热面管子阻力 = 下降管和上升管密度差×汽包和蒸发器的高度差。任何项目都需对高中低压蒸发器分别进行水循环计算，保证循环倍率高于临界循环倍率，同时为了防止低压蒸发器FAC的发生，需控制管内两相流速度（即控制循环倍率，通常卧式循环倍率：高中低压 8/15/15；立式循环倍率：高中低压 4～6.5/6～10/8～12），采用立式锅炉适当降低循环倍率起到适当降低FAC的发生；

（2）在设计阶段对低压蒸汽器的弯头采用15CrMoG，降低低压蒸发器弯头出现的流动加速腐蚀；

（3）运行中控制给水pH在9.5～9.8的合理范围内；

（4）某公司余热锅炉低压上升管和低压汽包隔仓板采用碳钢材质出现了流动加速腐蚀，该公司将低压汽包隔仓板与上升管进水直接冲刷部分材质改用了15CrMoG 钢板（见图5），并将余热锅炉上升管弯头更换为15CrMoG 材质的弯头，后续运行至今未发现减薄现象。

图5 余热锅炉低压汽包隔板修复情况

（5）关于调整余热锅炉上升管节流孔板孔径，降低循环流速，锅炉厂在其他项目也尝试改变节流孔板孔径，运行中对循环倍率等没有什么影响，故节流孔板未做调整。

5 实施效果

经过近三年来对某公司#2余热锅炉管道及弯头壁厚的定期测量，未发生较大的减薄现象，余热锅炉低压系统存在的流动加速腐蚀得到了有效控制。

6 结论

（1）电厂运行控制好给水pH值，余热锅炉低压系统流动加速腐蚀可以得到控制。

（2）建议制造厂设计时将锅炉低压汽包隔仓钢板、低压汽包上升管管道材质更换为15CrMoG。

（3）电厂检修需加强对流动加速腐蚀区域的检查工作，确保现有锅炉低压系统安全稳定运行；

（4）加强扩大对余热锅炉其他系统的检查，举一反三，彻底消除余热锅炉流动加速腐蚀问题。

参考文献：

［1］刘飞华，罗坤杰，李岩.流动加速腐蚀机理及其影响因素[J]. 第六届全国腐蚀大会论文集, 2011.

作者简介：嵇国军（1966-），男，毕业于南京航天航空大学，本科学历，高级工程师，从事电厂管理工作。