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

陈然  

   淮河能源安徽淮南洛能发电责任有限公司    安徽省淮南市     232007

摘要：本文旨在探讨锅炉本体的腐蚀机理及防护措施。锅炉本体在运行过程中会发生不同类型的腐蚀，主要包括氧腐蚀、高温腐蚀和低温腐蚀。氧腐蚀是由于锅炉水中溶解的氧气导致的电化学腐蚀；高温腐蚀是由于高温环境下金属与氧化性气体发生反应造成的腐蚀；低温腐蚀则是由于锅炉冷凝水导致的酸性腐蚀。为了有效防护锅炉本体免受腐蚀，需要采取水质处理与控制、原材料选择与改进以及定期检查和维护等综合措施。

关键词：火电厂；锅炉本体；腐蚀机理；防护措施

引言

锅炉作为电厂的核心设备之一，在运行过程中极易遭受各种腐蚀。腐蚀不仅会加速设备老化，缩短使用寿命，还可能导致严重的安全隐患。因此，研究锅炉本体的腐蚀机理并采取有效防护措施，对于确保锅炉安全运行和延长使用寿命具有重要意义。

1 锅炉本体的腐蚀机理

1.1 氧腐蚀

氧腐蚀是指锅炉水中溶解的氧气与金属发生电化学反应而引起的腐蚀。在这种腐蚀过程中，氧气作为阴极发生还原反应，金属作为阳极发生氧化反应。电解质溶液提供了离子传递的介质，使得整个电化学反应能够进行。氧腐蚀会导致金属表面出现点蚀、晶间腐蚀等多种腐蚀形式。氧腐蚀的机理可以用简单的电池反应来解释。当金属浸入含有溶解氧的电解质溶液（锅炉水）时，金属表面会形成阳极区和阴极区。在阳极区，金属发生氧化反应，释放出电子；在阴极区，溶解氧接受电子发生还原反应。电子在金属内部传递，而离子在电解质溶液中传递，从而形成一个微观电池电路，引发腐蚀反应。因此，氧腐蚀是一种典型的电化学腐蚀过程。氧腐蚀的严重程度主要取决于溶解氧的浓度、温度、pH值等因素。溶解氧浓度越高，腐蚀速率越快；温度升高会加速反应进行，也会加剧腐蚀；而pH值过高或过低，都会加剧氧腐蚀。

1.2 高温腐蚀 

高温腐蚀是指在高温环境下，金属与氧化性气体发生反应而引起的腐蚀。锅炉燃烧过程中产生的一氧化碳、二氧化硫等气体会与金属发生反应，形成氧化物鳞层。鳞层会加速金属表面氧化进一步加剧，并使金属材料机械性能下降。高温腐蚀主要发生在锅炉的高温部位，如过热器和再热器管束。

高温腐蚀的根本原因是金属与高温氧化性气体之间的化学反应。不同气体与不同金属的反应机理有所差异，但通常都会经历类似的反应步骤：首先是气体吸附在金属表面，然后发生化学反应生成初始氧化物；随后氧化物继续与气体发生反应，形成更稳定的氧化物层；最终氧化物层会达到一定厚度，扩散过程受到阻碍，腐蚀速率降低。影响高温腐蚀的主要因素包括温度、气体组分及其分压、金属成分及其晶体结构等。温度越高，反应速率越快；某些气体如硫化物会显著加剧腐蚀；而金属的成分和晶体结构会决定其与氧化物的亲和力。

1.3 低温腐蚀

低温腐蚀是由于锅炉冷凝水的存在而引起的酸性腐蚀。燃烧产物中的三氧化硫、二氧化硫等气体遇水会形成硫酸和亚硫酸，这些酸性物质会侵蚀金属表面。此外，空气中的二氧化碳也会与冷凝水反应生成碳酸，进一步加剧腐蚀。低温腐蚀主要发生在锅炉的低温部位，如空气预热器和烟气冷却器。 

低温腐蚀是一种典型的湿性腐蚀，腐蚀介质是冷凝液。当燃料燃烧后的废气温度低于露点温度时，就会发生冷凝，产生酸性冷凝液。这种冷凝液中不仅含有硫酸、亚硫酸等强酸，还可能含有其他腐蚀性阴离子，如氯离子等。在这种强腐蚀性介质的作用下，金属很容易被腐蚀。影响低温腐蚀的主要因素包括冷凝液的酸度、温度、流速、金属成分等。酸度越高、温度越低、流速越快，腐蚀速率就越大。此外，不同金属对酸性介质的耐腐蚀性也不尽相同，如不锈钢、铝等具有较好的耐蚀性。为了有效防止低温腐蚀，需要采取一定措施控制冷凝液的酸度，并合理选择金属材料。

2 锅炉本体的防护措施

2.1 水质处理与控制

合理的水质处理与控制是预防氧腐蚀的有效手段。通过向锅炉加入氨水等还原剂，可以将锅炉水中溶解的氧气化学吸收掉；采用除氧器和热力脱气等物理方法，也能够有效去除水中的溶解氧。同时，控制锅炉水的pH值、电导率等指标在适宜范围内，防止水质问题引发腐蚀。化学吸收法通过加入还原剂与溶解氧发生化学反应，达到除氧的目的。其中，氨水是最常用的还原剂之一。该方法不仅可以有效去除水中的溶解氧，还能中和水中的酸性物质。物理除氧法则是利用真空或热力原理，使溶解氧从水中分离出来。真空除氧即将水抽至真空状态，促使溶解氧从水中释放；而热力脱气是利用水在高温时溶解度降低的原理，加热水使溶解氧释放出来。这些方法不会引入其他物质，可以有效控制氧浓度。

例如，有一家电厂锅炉氧腐蚀严重，管道频繁泄漏。经检测发现，锅炉水中溶解氧含量高达0.2mg/L，远高于国家标准。针对这一问题，该电厂采取了热力脱气和氨水喷射两种措施。热力脱气可以将溶解氧浓度控制在0.05mg/L以下，再加上氨水喷射，最终将溶解氧浓度控制在0.01mg/L左右，氧腐蚀问题得到了有效缓解。

2.2 原材料选择与改进

针对高温腐蚀和低温腐蚀，合理选择耐热耐腐蚀的金属材料至关重要。常用的耐热钢如合金钢、不锈钢等，在一定程度上能够抵御高温腐蚀。此外，采用耐蚀涂层也是一种有效的防护方式，如在锅炉低温部位喷涂无机富锌涂料，可以形成阴极保护从而抑制腐蚀。耐热钢的耐热性主要来自合金元素的固溶强化和第二相析出强化作用。常见的耐热钢包括铬钼钒钢、铬钼钴钢等，它们含有一定量的铬、钼、钒等元素。这些元素不仅可以提高钢的强度，还能在钢的表面形成致密的氧化物保护层，抑制进一步氧化。例如，9%铬钢在600°C以上就能形成Cr2O3保护层，在较宽的温度范围内具有较好的抗氧化性能。对于低温腐蚀防护，可以采用无机富锌涂层，利用阴极保护原理抑制腐蚀。涂层中的锌比被保护金属（如碳钢）更富冷电子，在电化学反应中优先被阳极溶解。从而形成钝化膜保护被保护金属免受腐蚀。

例如，某电厂锅炉烟气冷却器的碳钢管束严重受到低温腐蚀，管壁已被蚀穿，造成大量泄漏。经评估，该处管束温度约150°C，冷凝液pH值约为3-4。为解决腐蚀问题，运营单位采取了喷涂无机富锌涂层的方式。经过一年多的运行，新涂层状态良好，未发现新的腐蚀迹象，有效解决了此前的腐蚀隐患。

2.3 定期检查和维护锅炉设备 

除了防患于未然之外，及时发现并处理已经发生的腐蚀同样重要。因此，锅炉运行单位需要制定完善的检查和维护计划，定期对锅炉进行全面检查，采用无损检测手段检查管道腐蚀情况。一旦发现腐蚀隐患，立即采取补救措施，对严重腐蚀部位进行更换或者维修。常用的无损检测方法包括渗透检测、磁粉检测、超声波检测、射线检测等。这些方法可以有效发现管壁、焊缝等部位的裂纹、夹渣、蚀损等缺陷，从而判断腐蚀程度。此外，定期对锅炉水进行化验，检测pH值、电导率、氧含量等指标，也是监控腐蚀的重要途径。一旦发现异常，可及时采取措施调整水质，防止腐蚀加剧。

例如，某发电厂锅炉超声波检测发现，过热器出口管束存在部分管壁已被高温腐蚀穿透的情况。为防止恶化导致安全事故，运营单位立即组织对存在问题的管束进行了切换维修，用新管束替换受损部分。同时对锅炉燃烧系统进行了优化，降低了过热器入口温度，有效控制了高温腐蚀。该举措保证了锅炉的正常运行，避免了更大损失。

3结束语

综上所述，了解锅炉本体的腐蚀机理并采取相应的防护措施，对于确保锅炉设备安全高效运行具有至关重要的作用。锅炉运行单位应当重视腐蚀防护工作，通过综合运用各种防护手段，最大限度地延长锅炉使用寿命，避免腐蚀隐患导致的安全事故。

参考文献：

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