锅炉本体的腐蚀机理及防护措施研究

锅炉本体的腐蚀机理及防护措施研究

陈建刚 

大唐宝鸡（宝二）发电有限责任公司     陕西省 宝鸡市     721000

摘要：在火电厂生产过程中，锅炉具有着不可或缺的作用。合理使用锅炉，定期进行维护，能够一定程度上延长锅炉使用寿命，保障锅炉使用安全。根据对锅炉实际使用情况进行分析可知，锅炉使用过程中腐蚀问题严重。据此，本文在简析锅炉腐蚀基本类型与机理的基础上，对锅炉腐蚀具体情况进行了深入分析，并提出了简要防护措施，以提升锅炉的安全性。

关键词：腐蚀机理；化学腐蚀；防护措施

前言：锅炉在长期使用而不进行清理的情况下，会受到废气及化学物质等残留杂质的腐蚀，严重影响锅炉运行安全。特别是对于火电厂等企业来说，其相关设备直接与居民、用电企业相连，一旦锅炉设备出现问题，发电质量受到影响，将直接影响居民及企业的用电安全。为此，研究锅炉腐蚀具有现实意义。

1锅炉本体腐蚀的基本类型和机理

锅炉腐蚀的常见分类包括外部腐蚀与内部腐蚀，造成锅炉外部腐蚀的原因相对简单，主要为长时间的高温环境造成的金属材料与周边氧气大量接触而产生的氧化腐蚀反应；造成锅炉内部腐蚀的原因相对来说比较复杂，具体包含氧气服饰、碱腐蚀、应力腐蚀以及蒸汽腐蚀等，通常情况下内部出现的腐蚀不是简单一种原因造成的，而是多种因素的相加。从锅炉本体腐蚀机理的角度来说，造成锅炉本体腐蚀的原因包括化学腐蚀与电化学腐蚀。

2锅炉本体的外部腐蚀

2.1锅炉外部高温腐蚀

在锅炉外部腐蚀当中，最常见的腐蚀问题就是高温腐蚀。锅炉高温腐蚀的演化过程相对来说比较繁琐复杂，主要是锅炉运行过程中产生的高温烟气与外部的金属表面接触导致金属面出现变化。依据现阶段常见锅炉高温腐蚀情况可知，较常出现高温腐蚀的位置一般在热负荷较高的部分，通常是在管壁温度较高的位置。在温度较低的位置一般不会出现高温腐蚀情况，所以高温腐蚀区域通常可预见。

2.1.1钒化物型高温腐蚀

在燃煤锅炉当中，尝试用的原油当中含有大量的V元素，在原油燃烧及加工过程中会引发工程问题，如会造成催化剂的表面出现沉淀物质，使得催化剂的活性变差，从而引发设备结焦或腐蚀。在进行原油加工处理时，最主要的工作就是脱V。锅炉内部运行环境通常是高温且富氧的，S、V、Na等化合物极易出现氧化反应，产生各种盐类及氧化物。在灰分当中仅存V2O5的情况下，金属材料不会出现严重的腐蚀情况，但当其中同时具有Na2SO4时，两者之间会出下反应生成共晶化合物，而这种产物会加重腐蚀程度。

如上表所示，当温度达到500℃~900℃时，钒酸盐就非常容易出现熔化情况。而在Na2O含量增加的情况下，钒酸盐的熔点将会随之上升，在不及时清理的情况下，再热器与过热器当中会出现大量的钒酸盐积累，在时间的作用下对管壁造成腐蚀。如NaVO3可通过（1）与（2）化学方程式对Ni-Cr合金外部的保护氧化层造成破坏，进而腐蚀。

2NaVO3+NiO→Na2NiO2+V2O5 (1)

8NaVO3+2Cr2O3+302→4Na2CrO4+4V205 (2)

2.1.2氯化物型高温腐蚀

大多数的煤炭当中均存在一定的氯化钠，与火焰的温度相比较来说，氯化钠的熔点与蒸发点均非常低，因此在锅炉运行初期就会出现汽化的情况，进一步与三氧化硫进行反应，产生氯化氢。氯化氢本身具备较强的腐蚀性，在长期接触锅炉金属表面的情况下，极易腐蚀，安全隐患非常大。

2.1.3硫化物型高温腐蚀

锅炉运行过程中内部会在氧化性与还原性的叠加反应下产生硫化型高温腐蚀，同时在硫化氢与单质硫的作用下，金属锅炉表面将发生激烈的氧化还原反应，最终出现腐蚀情况。这种硫化物型高温腐蚀是锅炉本体外部腐蚀当中最常发生的腐蚀类型，其最主要的原因在于燃料当中的大量的硫元素在高温状态下发生扩散情况。

2.2锅炉低温腐蚀

在一定情况下，锅炉低温腐蚀即烟气腐蚀，也就是当锅炉处于长期低温状态时，锅炉尾道烟气会对于锅炉造成腐蚀。导致腐蚀的烟气当中的主要作用元素为硫元素、钒元素、氢元素等，腐蚀主要表现为穿孔、局部位置斑点或下陷。而导致该现象的最根本原因在于煤炭当中含有大量硫元素，硫元素在燃烧后将演变成为二氧化硫，在尾部温度下降的情况下，铁与钒会对二氧化硫进行催化致使其进行再次氧化，形成的三氧化硫在水蒸气的作用下将产生硫酸蒸气，使得锅炉内部烟气露点被提升。在尾部温度较低时，露点温度将高于壁温，快速凝结硫酸蒸气使其形成滴液，附着在管壁上，腐蚀金属材料。

3锅炉本体的内部腐蚀现象

3.1锅炉的应力腐蚀

依据对锅炉内部腐蚀情况进行分析可知，应力腐蚀是最常出现的内部腐蚀。相关实验结果显示，大多数锅炉由普通金属材料制成，内部常出现应力腐蚀现象。所谓的应力腐蚀，就是在锅炉内部存在拉应力的情况下，内部的金属材料会被破坏，这种拉应力具备非常强的破坏性强，同时存在不可复原的特性，在出现破坏情况时，必须及时进行迅速处理。在具体运行锅炉的过程中，锅炉应力腐蚀中常发生的腐蚀的机理包括两种，具体是阳极溶解与氢致开裂。锅炉内部的金属在应力与腐蚀介质的共同影响下，金属表面的氧化膜将会被破坏、腐蚀，致使金属表面分化为腐蚀部分与未腐蚀部分，表现出阳极与阴极。在阳极区域，将溶解金属使其成为离子，流动至阴极区域，移动的离子会形成电流，在腐蚀的作用下，阳极面积进一步减少，阳极位置将存在极大电流，对金属表面进行二次破坏与腐蚀。

3.2垢下腐蚀

锅炉内部最常见的局部腐蚀为垢下腐蚀，锅炉内部燃烧的物料含有大量的镁物质与钙物质，锅炉在运行过程中内部将会生成大量的氧化铁垢、铜垢、钙镁水垢，在金属表面积存大量水垢的情况下，金属的导热性将被大大降低，处于水垢下面的金属的温度将大大提升。锅炉表面形成的水垢并非平整一块，而是会存在缝隙，这些缝隙当中也会有水通过，在温度上升的情况下，渗入水的浓度将会增加，金属被腐蚀的程度将在高浓度盐水的作用下进一步增强。为防止出现该情况，应尽可能保证水的pH值在9-11之间。

4防护锅炉腐蚀措施

在锅炉设计时期，综合考虑预期腐蚀因素，对腐蚀区域及后果进行预判，降低垢下腐蚀与应力腐蚀出现频率。

在锅炉运行时期，控制锅炉内部进料，为尽可能防止出现腐蚀，应对物料中的钙镁离子和碳酸盐含量进行控制，降低游离二氧化碳及结垢的影响。严格控制水分含盐量与pH值，防止发生电化学腐蚀情况。除此之外，在条件允许的基础上还可以适当进行阻垢缓蚀剂的添加，进行全面防腐。

另外，在锅炉运行期间，应进一步加强对于锅炉的管理，严格按照要求进行防腐蚀与保养，进行定期检修，彻底清理内部烟道及锅炉表面沉淀物，保证锅炉表面干燥，进行防腐漆的粉刷。

结论：深入研究锅炉本体腐蚀机理，加强锅炉维修维护与防腐蚀，定期进行停机检修，对维护锅炉安全运行，提升火电厂生产安全性，延长锅炉使用寿命具有重要作用。电厂工作人员应加强对锅炉腐蚀问题的重视，通过合理措施提高锅炉性能。

参考文献：

[1]陈祥.锅炉本体的腐蚀机理及防护[J].中国新技术新产品,2020(04):82-83.

[2]蔡伟.余热锅炉低温腐蚀机理及预防措施[J].化工设计通讯,2018,44(09):79.