锅炉水汽系统的腐蚀问题和防腐措施

锅炉水汽系统的腐蚀问题和防腐措施

刘丹1    董乐乐2

1.身份证号码：652301198505280020

2.身份证号码：653101198406290426

    摘要：锅炉水汽系统的生产和工作环境非常的复杂，在此过程中，许多锅炉的给水和蒸汽系统都会在运行过程中产生诸如气体腐蚀、水蒸汽腐蚀、高温炉水酸碱腐蚀和应力腐蚀等高强度的腐蚀情况。如果情况好的话，可能会导致系统部分失效甚至是停机，更有甚者还会导致严重的安全问题，造成人身和财产损失。本文针对锅炉水汽系统常见的腐蚀形式展开研究，探索腐蚀机理和危害，并提出有效的防腐措施

   关键词：锅炉水汽系统；腐蚀问题；防腐措施

    流动加速腐蚀（FAC）是目前高压锅炉水汽耦合系统的主要腐蚀破坏模式，严重影响了火力发电工业的发展。该侵蚀会使大型锅炉壁厚变薄，造成二回路高压水漏失，严重影响锅炉的安全性。目前，国内超临界机组和大型机组正以爆炸性的速度发展，其装备的腐蚀问题日益突出，因此，对其进行防护研究具有重要的实际价值。

   1、FAC的基本机理

   1.1 基础综述

   流动加速腐蚀即FAC，它是碳钢或低合金钢表面的保护性氧化膜溶解到水流或者湿蒸汽中所发生的一系列电化学腐蚀过程。从电化学的观点来理解，这是一种以化学溶出和传质为基础的腐蚀，而不是单纯的物理破坏。在这种电化学腐蚀下，表层的防护氧化物因其本身的溶出而逐步变薄，经过一段时间就能够引发两种金属的基底薄弱，使基体的腐蚀速度可达3 mm/yr。这样的减薄会引起材料的断裂，造成重大的灾害。在电厂锅炉中， FAC的产生速度主要由供水水质、大型设备的金属材质、供水系统管件和各种金属材料等多种因素共同作用而产生。目前电厂中的锅炉水汽系统用的是低碳钢和低合金材料，而这些材料又是 FAC产生的关键部位。由于 FAC与管子内壁产生液体的接触，使其表面的厚度不断减小。因此，软、汽、液两相流的重大故障通常具有突然性。电厂锅炉水汽系统的高温高压供水管线（或蒸气管线）中，由于存在气液两相输送，因此，易发生的腐蚀问题较为复杂，且由于 FAC的覆盖范围较大，因此，其对电厂设备的损伤是不容忽视的。

    1.2机理研究

   在 FAC作用下，锅炉水汽系统极易因 FAC引起管壁保护氧化物的融化和变薄，从而影响到整个设备的正常工作和工作寿命。针对 FAC的作用机制，我们拟从动、静耦合作用出发，将其视为静水环境下均匀腐蚀的扩展，而其最大的差异就是所处的界面氧化膜和界面层的流动因子。

   首先从动力学的观点出发，将它将锅炉汽水系统的高温高压管道内部空间作为主流区和流动边界层区，同时也是管壁基底区与氧化层区，揭示其作用机制。若主流区内 Fe离子仍未达到饱和，主流区附近的 Fe元素受浓度差异影响将逐步进入主流区，即 FAC运移机制。当 Fe离子在管内扩散时，管壁上的 Fe离子会逐步向流场边缘区域移动，同时， Fe离子在管壁上的含量会越来越低，从而导致管壁上的氧化物层越来越薄。在全流程运行过程中，主流区内的流体介质均为非饱和态，因此，在全流程运行过程中，管道底部会变得越来越薄，最终导致管道断裂。

2、FAC侵蚀破坏的危险性与部位

   FAC引起的腐蚀破坏具有很强的危害性，出现部位也比较多，会对锅炉水汽系统产生较大范围的破坏，总体上包含了单相流动的流动加快腐蚀和两相流动的流动加速腐蚀。

   2.1单相流体对金属材料的腐蚀作用

   单相流体腐蚀是一种典型的 FAC流体强化腐蚀，对锅炉水汽联箱管道的破坏具有明显的破坏性，是一种单纯的化学腐蚀。但这些侵蚀速度不一，侵蚀是有规律的，主要表现为“马蹄状”的侵蚀，并以湍流为基础，强化物质传输，促使磁性矿物在壁面上发生侵蚀和氧化溶出，加剧了 FAC的发展。在腐蚀过程中，金属表面会形成一种类似于风扇橘子一样的结构，并且随着时间的推移，这种现象会逐渐变得稀薄，直至形成一层厚度为1μm的氧化层。

   2.2两相流的流动对腐蚀的影响

   两相流的流动强化作用将产生两种特征，第一种是发生在汽液两相流作用下的汽液两相流，而非流动。第二种则出现在汽水系统的给水加热器壳体位置。由于流体在两相流动中没有氧化性，因此无法对管壁进行有效的防护，从而加快了对体系的侵蚀速度，从而造成更大的破坏。

   3、锅炉汽水系统FAC的防腐抑制措施

电厂锅炉水汽系统中 FAC缓蚀剂的阻垢方法已有很多，下面着重阐述了阻垢的阻垢方法。

    3.1合理调节炉水pH值

    为了避免供水系统对金属的侵蚀，在去除水中氧气含量的同时，也要调整供水系统的酸碱度。由于 pH增加时，对金属的侵蚀会显著降低，因此通过向水中加入氨水来调整进水的 pH。

    因为水里包含游离二氧化碳，添加氨水等效于用氨水的碱中和碳酸气。实验结果显示，如果添加一定比例的氨水，可以有效地抑制体系的酸蚀。同时，如果加氨点设在脱氧装置的出水管上，在操作中能对 pH进行良好的调控，使给水、炉水中的 PH值达到最优，确保机组安全经济运行。

   3.2 供水中添加加氧防腐抑制措施

   目前，我国电厂锅炉已向大容量、高参数方向发展，从一批已投产的超临界机组为例，由于产生大量的氧化铁沉淀，导致整个锅炉机组压力损失急剧增加，水冷器内的结垢现象也日益突出。其中，水汽系统中含铁组分氧化物沉积严重。过量的铁离子还对全碱-水体系后期产生氧化物，引起管线腐蚀产生隐患。

   自从1960年代后期，德国引进了一种在直流炉内充氧操作的防腐蚀工艺后，许多项目相继采取了这种新的工艺，也就是在给水中加入氧气，从而达到阻垢的目的。目前国内已有较为成熟的加氧型防护方法，即通过汽液系统精处理出水管、加氧管和除氧器下行管加氧两种方法，以期增强对汽液系统的防护作用，从而进一步提升电厂的总体安全水平。

   3.3对现有给水加氧防腐措施的技术改进

   传统给水加氧防腐技术采用手动控制加氧配合电磁调节阀控制加氧量，但其难以实现对水气体系中溶解氧的稳定调控，且在加氧时因加氧调控不到位，导致溶氧过量，加剧了装置氧腐蚀，严重违背了电厂的基础防腐措施。当前，改善现行的给水增氧防腐措施有关工艺，实行一种自动增氧，以控氧的方法取得较好的效果。

   3.4利用保护膜保护锅炉汽水系统金属表面

   将一些合金添加到锅炉水汽设备的金属表层，使之成为一种抗腐蚀的保护层。在进行酸性清洗之后，在高温纯水的作用下，金属表面会生成一种紧密的保护膜，从而达到很好的防腐效果。

   3.5适度降低应力腐蚀

   对锅炉供水系统进行科学的设计，使其处于良好的启动和停止状态，并在需要时能有效地排除对加热炉水中的敏感组分产生的影响。如果考虑到锅炉汽水系统设计过程中所忽略的受热膨胀因素来看是否产生了较大应力。当锅炉频繁启动和关闭时，水体中氧气含量升高，极易诱发点蚀，而点蚀集中又加剧了局部应力的聚集，因此，在启动和关闭机组时，必须充分考虑到其受力变化的影响，最大限度地降低启动和停止运行，降低腐蚀-疲劳开裂的发生。

结束语

    除了以上提到的解决办法之外，电厂自身还需要应对燃气腐蚀、酸碱腐蚀和应力腐蚀等问题，降低应力腐蚀，控制热负荷强度，优化水质等防腐保障工作，为电厂锅炉的长周期、平稳运行提供良好的条件。

参考文献：

   [1]王敏锅炉汽水系统的腐蚀问题和防腐措施[J].全面腐蚀控制，2002(16):30-31.

   [2]梁佳，齐雅丽，梁晶晶，等.汽包锅炉给水系统的腐蚀及其防止[J].科技传播，2011(8):182，184.

  [3]张乾.电站汽水系统腐蚀迁徙过程的探讨和应用[D].华北电力大学，2013.