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上海长方光学仪器有限公司

锅内腐蚀基础知识介绍

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【导读】一、腐蚀类型金属表面和它接触的物质发生化学或电化学作用,使金属从表面开始破坏,这种破坏称为腐蚀。例如,铁器生锈和铜器长铜绿等,就是铁和铜的腐蚀。腐蚀有均匀腐蚀和局部腐蚀两类。(一)...

一、腐蚀类型

金属表面和它接触的物质发生化学或电化学作用,使金属从表面开始破坏,这种破坏称为腐蚀。例如,铁器生锈和铜器长铜绿等,就是铁和铜的腐蚀。

腐蚀有均匀腐蚀和局部腐蚀两类。

(一)均匀腐蚀。均匀腐蚀是金属和人侵蚀性物质相接触时,整个金属表面都产生不同程度的腐蚀。

(二)局部腐蚀。局部腐蚀只在金属表面的局部位置产生腐蚀,结果形成溃疡状、点状和晶粒间腐蚀等。图13-13中所示的是各种腐蚀形状。

图13-13腐蚀类型

1.溃疡状腐蚀。这种腐蚀是发生在金属表面的别点上,而且是逐渐往深度发展的。

2.点状腐蚀。点状腐蚀与溃疡腐蚀相似,不同是点状腐蚀的面积更小,直径在0.2~1毫米之间。

3.晶粒间腐蚀。晶粒间腐蚀是金属在侵蚀性物质(如浓碱液)与机械应力共同作用下,腐蚀是沿着金属晶粒边界发生的,其结果使金属产生裂纹,引起机械性能变脆,造成金属苛性脆化。

4.穿晶腐蚀。穿晶腐蚀是金属在多次交变应力(如振动或温度、压力的变化等)和侵蚀性介质(碱、氯化物等)的作用下,腐蚀穿过晶粒发生的,其结果使金属机械性变脆以致造成金属横向裂纹。

总之,局部腐蚀性能在较短的时间内,引起设备金属的穿孔或裂纹,危害性较大;均匀性腐蚀虽然没有显著缩短设备的使用期限,但是腐蚀产物被带入锅内,就会在管壁上形成铁垢,引起管壁的垢下腐蚀,影响安全经济运行。

二、给水系统的腐蚀因素

给水系统是指凝结水的输送管道、加热器、疏水的输送管道和加热设备等。这些设备的腐蚀结果,不仅使设备受到损坏,更严重的是使给水受到了污染。

给水虽然是电厂中较纯净的水,但其中还常含有一定量的氧气和二氧化碳气。这两种气体是引起给水系统金属腐蚀的主要因素。

1.水中溶解氧。若水中溶解有氧气,能引起设备腐蚀,其特征一般是在金属表面形成许多小型鼓包,其直径由一毫米至30毫米不等。鼓包表面的颜色有黄褐色或砖红色,次层是黑色粉末状的腐蚀产物。当这些腐蚀产物被清除后,便会在金属表面出现腐蚀坑。

氧腐蚀Z容易发生的部位,是给水管道、疏水系统和省煤器等处。给水经过除氧后,虽然含氧量很小,得是给水在省煤器中由于温度较高,含有少量氧也可能使金属发生氧腐蚀。特别是当给水除氧不良时,腐蚀就会更严重。

2.水中溶解CO2。二氧化碳溶于水后,能与水结合成为碳酸(H2CO3),使水的pH值降低。当CO2溶解到纯净的给水中,尽管数量很微小也能使水的pH值明显下降。在常温下纯水的pH值为7.0,当水中CO2的浓度为1毫克/升时,其pH值由7.0降至5.5。这样的酸性水能引起金属的腐蚀。

水中二氧化碳对设备腐蚀的状况是金属表面均匀变薄,腐蚀产物带入锅内。

给水系统中Z容易发生CO2腐蚀的部位,主要是凝结水系统。当用化学除盐水做为补给水时,除氧器后的设备也可能由于微量CO2而引起金属腐蚀。

3.水中同时含有O2和CO2。当水中同时含有O2和CO2时,金属腐蚀更加严重。因为氧和铁产生电化学腐蚀形成铁的氧化物或铁的氢氧化物,它们能被含有CO2的酸性水所溶解。因此,CO2促进了氧对铁的腐蚀。

这种腐蚀状况是金属表面没有腐蚀产物,腐蚀呈溃疡状。

腐蚀部位常常发生在凝结水系统,疏水系统和热网系统。当除氧器运行不正常时,给水泵的叶轮和导轮上均能发生腐蚀。

三、腐蚀的防止方法

防止给水系统腐蚀的主要措施,是给水的除氧和氨处理。

1.给水除氧。去除水中氧气的方法有势力除氧法和化学除氧化。其中以热力除氧为主,化学除氧为辅的办法。

(1)热力除氧法。氧气和二氧化碳气在水中的溶解度与水的温度、氧气或二氧化碳气的压力有关。若将水温升高或使水面上氧气或二氧化碳气的压力降低,则氧气或二氧化碳气在水中的溶解度就会减小而逸掉。当给水进入除氧器时,水被加热而沸腾,水中溶解的氧气和二氧化碳气,就会从水中逸出并随蒸汽一起排掉。

为了保证能比较好地把给水中的氧除去,除氧器在运行时,应做到以下几点:

①水应加热到与设备内的压力相当的沸点,因此,需要仔细调节蒸汽供给量和水量,以维护除氧水经常处于沸腾状态。在运行中,必须经常监督除氧器的压力、温度、补给水量、水位和排气门的开度等。

②补给水应均匀分配给每个除氧器,在改变补给水流量时,应不使其波动太大。

对运行中的除氧器,必须有计划地进行定期检查和检修,防止喷嘴或淋水盘脱落、盘孔变大或堵塞。必要时,对除氧器要进行调整试验,使之运行正常。

(2)化学除氧法。电厂中用作化学除氧药剂的有:严硫酸钠(Na2SO4)和联氨(N2H4)。亚硫酸钠只用作中压电厂的给水化学除氧剂,联氨可作为高压和高压以上电厂的给水化学除氧剂。联氨能与给水中的溶解氧发生化学反应,生成氮气和水,使水中的氧气得到消除:

N2H4+O2→N2+2H2O

上例反应生成的氮气是一种很稳定的气体,对热力设备没有任何害处。此外,联氨在高温水中能减缓铁垢或铜垢的形成。因此,联氨是一种较好的防腐防垢剂。

联氨与水中溶解氧发生反应的速度,与水的pH值有关。当水的pH值为9~11时,反应速度Zda。为了使联氨与水中溶解氧反应迅速和完全,在运行时应使给水为碱性。

当给水中残余的联氨受热分解后,就会生成氮气和氨:

3N2H4→N2+4NH3

产生的氨能提高凝结水的pH值,有益于凝结水系统的防腐。但是,过多的NH3会引起凝结水系统中铜部件的腐蚀。在实际生产中,给水联氨过剩量,应控制在20~50ppb之内。

联氨的加入方法:将联氨配成0.1~0.2%的稀溶液,用加药泵连续地把联氨溶液送到除氧器出口管,由此加入给水系统。

联氨具有挥发性、易燃、有毒。市售联氨溶液的浓度为80%。这种联氨浓溶液应密封保存在露天仓库中,其附近不充许有明火。搬运或配制联氨溶液的工作人员,应配带眼镜、口罩、胶皮手套等防护用品。

2.给水氨处理。这种方法是向给水加入氨气或氨水。氨易溶于水,并与水发生下列反应使水呈碱性:

NH3+H2O→NH4OH

如果水中含有CO2时,则会和NH4OH发生下列反应:

NH4OH+CO2→NH4HCO3

当NH3过量时,生成的NH4HCO3继续与NH4OH反应,得到碳酸铵:

NH4OH+NH4HCO3→(NH4)2CO3+H2O

由于氨水为碱性,能中和水中的CO2或其他酸性物质,所以能提高水的pH值。一般给水的pH值应调整在8.5~9.2的范围内。

氨有挥发性,用氨处理后的给水在锅内蒸发时,氨又能随蒸汽带出,使凝结水系统的pH值提高,从而保护了金属设备。但是使用这种方法时,凝结水中的氨含量应小于2~3毫克/升;氧含量应小于0.05毫克/升。

加到给水中的氨量,应控制在1.0~2.0毫克/升的范围内。

此外,某些胺类物质,如莫福林和环已胺,它们溶于水显碱性,也能和碳酸发生中和反应,并且胺类对铜、锌没有腐蚀作用。因此,可以用其来提高给水的pH值。由于这种药品价格贵,又不易得到,所以目前没有广泛使用。

四、锅内腐蚀的种类

当给水除氧不良或给水中含有杂质时,可能引起锅炉管壁的腐蚀。

锅内常见的腐蚀有以下几种:

1.氧腐蚀。金属设备在一定条件下与氧气作用引起的腐蚀,称为氧腐蚀。

当除氧器运行不正常,给水含氧量超过标准时,首先会使省煤器的进口端发生腐蚀;含氧量大时,腐蚀可能延伸到省煤器的中部和尾部,直至锅炉下降管。

锅炉在安装和停用期间,如果保护不当,潮湿空气就会侵入锅内,使锅炉发生氧腐蚀。

这种氧腐蚀的部位很广,凡是与潮湿空气接触的任何地方,都能产生氧腐蚀,特别是积水放不掉的部位更容易发生氧腐蚀。

2.沉积物下的腐蚀。金属设备表面沉积物下面的金属所产生的腐蚀,称为沉积物下的腐蚀。造成锅炉沉积物下面的金属发生腐蚀的条件是炉口含有金属氧化物、盐类等杂质,在锅炉运行条件下发生下列过程:

首先,炉水中的金属氧化物,在锅炉管壁的向火侧形成沉积物。

然后,在沉积物形成的部位,管壁的局部温度升高,使这些部位炉水高度浓缩。

由于这些浓缩的锅炉水中含有的盐类不同,可能发生酸性腐蚀,也可能发生碱性腐蚀。

(1)酸性腐蚀。当锅炉水中含有MgCl2或CaCl2等酸性盐时,浓缩液中的盐类发生下列反应:

MgCl2+2H2O→Mg(OH)2↓+2HCl

CaCl2+2H2O→Ca(OH)2↓+2HCl

产生的HCl,增强了浓缩液的酸性,使金属发生酸性腐蚀。这种腐蚀的特征是沉积物下面有腐蚀坑。坑下金属的金相组织有明显的脱碳现象,金属的机械性能变脆。

(2)碱性腐蚀。当炉水中含有NaOH时,在高度浓缩液中的NaOH能与管壁的Fe3O4氧化膜以及铁发生反应:

Fe3O4+4NaOH→2NaFeO2+Na2FeO2+2H2O

Fe+2NaOH→Na2FeO2+H2↑

反应结果使金属发生碱性腐蚀。

碱性腐蚀的特征,是在疏松的沉积物下面有凸凹不平的腐蚀坑,坑下面金属的金相组织没有变化,金属仍保持原有的机械性能。

沉积物下腐蚀,主要发生在锅炉热负荷较高的水冷壁管向火侧。

3.苛性脆化。苛性脆化是一种局部腐蚀,这种腐蚀是在金属晶粒的边际上发生的。它能削弱金属晶粒间的联系力,使金属所能承受的压力大为降低。当金属不能承受炉水所给予的压力时,就会产生极危险的炉管爆破事故。

金属苛性脆化是在下面因素共同作用下发生的:

(1)锅炉中含有一定量的游离碱(如苛性钠等)。

(2)锅炉铆缝处和胀口处有不严密的地方,炉水从该处漏出并蒸发、浓缩。

(3)金属内部有应力(接近于金属的屈服点)。

4.严硝酸盐腐蚀。高参数的锅炉应注意严硝酸盐引起的腐蚀。亚硝酸盐的高温情况下,分解产生氧,使金属发生氧腐蚀。腐蚀的特征呈溃疡状。这种腐蚀在上升管的向火侧比较严重。

五、防止锅内腐蚀的措施

1.保证除氧器的正常运行,降低给水含氧量。

2.做好补给水的处理工作,减少给水杂质。

3.做好给水系统的防腐工作,减少给水中的腐蚀产物。

4.防止凝汽器泄漏,保证凝结水的水质良好。

5.做好停炉的保护工作和机组启动前汽水系统的冲洗工作,防止腐蚀产物带入锅内。

6.在设计和安装时,应注意避免金属产生应力。对于铆接或胀接的锅炉,为防止苛性脆化的产生,在运行时可以维护炉水中苛性钠与全固形物的比值小于或等于0.2(即≤0.2)。

7.运行锅炉应定期进行化学清洗,清除锅内的沉积物。


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