河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院 劉建平 于建華 陳衛(wèi)民 孫新偉

基于氧腐蝕的熱水鍋爐停爐保養(yǎng)分析

河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院 劉建平 于建華 陳衛(wèi)民 孫新偉

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，熱水鍋爐使用的數(shù)量日益增多。在日常的熱水鍋爐內(nèi)部腐蝕防護方面，我們往往將防護工作的重點放在鍋爐的運行期，忽略了鍋爐停爐期內(nèi)部腐蝕問題，殊不知熱水鍋爐停爐期內(nèi)部腐蝕問題也相當(dāng)嚴(yán)重。由于熱水鍋爐一旦發(fā)生事故，將嚴(yán)重危及人的生命和財產(chǎn)的安全。因此，我國長期以來把熱水鍋爐作為特種設(shè)備，實施嚴(yán)格的安全監(jiān)管制度。

熱水鍋爐是北方冬季的采暖設(shè)備，每年大約3月中下旬至11月中旬是鍋爐停爐保養(yǎng)時間，在停爐期間按照《鍋爐定期檢驗規(guī)則》進行檢驗。在定期檢驗中發(fā)現(xiàn)，許多用戶對熱水鍋爐維護保養(yǎng)不夠重視。如有的鍋爐停爐后不做保養(yǎng)，有的雖然進行了保養(yǎng)，但保養(yǎng)方法不適當(dāng)，造成鍋爐內(nèi)表面產(chǎn)生腐蝕。且熱水鍋爐停爐期間的腐蝕在很大程度上比運行時產(chǎn)生的腐蝕嚴(yán)重得多，因此必須加強熱水鍋爐的停爐保養(yǎng)。

本文，筆者首先介紹了氧腐蝕機理，然后通過對氧腐蝕機理的分析，詳細制定了干保養(yǎng)和濕保養(yǎng)兩套方案，對某單位3臺同一型號的熱水鍋爐分別采用不同的保養(yǎng)方案。結(jié)果表明在不同的保養(yǎng)方法下，沒有采取任何保養(yǎng)措施的熱水鍋爐氧腐蝕嚴(yán)重，采用干法保養(yǎng)的熱水鍋爐效果要好于采用濕法保養(yǎng)的熱水鍋爐。對方案的比較和研究可以為熱水鍋爐停爐保養(yǎng)分析提供依據(jù)，同時也為特種設(shè)備安全和鍋爐經(jīng)濟運行提供了保證。

一、鍋爐氧腐蝕機理

從目前的鍋爐定檢情況分析，絕大多數(shù)的腐蝕屬于有氧腐蝕的范疇。因為氧是一種去極化劑，所以當(dāng)有氧存在時，加快了電化學(xué)腐蝕的速度，在潮濕的環(huán)境中產(chǎn)生腐蝕電池，其反應(yīng)機理如下：

陽極：Fe→Fe2++2e

陰極：（1/2）O2+H2O+2e→2OH

Fe2++2OH－→Fe（OH）2

鍋爐內(nèi)水汽與鐵反應(yīng)可在表面生成Fe（OH）2的保護膜，對鐵進行了保護，但在過量氧存在條件下：

2Fe（OH）2+（1/2）O2+H2O→2Fe（OH）3（鐵銹）

Fe（OH）2進一步氧化成疏松的Fe（OH）3沉淀物，F(xiàn)e（OH）3的沉淀，使陽極范圍Fe2+的濃度顯著降低，即O2促使陽極的鐵離子轉(zhuǎn)入水溶液中，加速了腐蝕的進程。生成的Fe（OH）2和Fe（OH）3，還會進一步反應(yīng)：

Fe（OH）2+2Fe（OH）3→Fe3O4（黑色）+4H2O

在鍋爐運行時Fe（OH）3和Fe3O4將成為氧的代用品，是腐蝕電池的陰極去極化劑，其反應(yīng)式如下：

Fe（OH）3+e→Fe（OH）2+OH

Fe3O4+e+H2O→3FeO+2OH－

鐵在此基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)生腐蝕，結(jié)果高價鐵發(fā)生了還原反應(yīng)，生成低價氧化鐵，當(dāng)鍋爐再次停用時，已還原的鐵銹又會重新氧化成為高價氧化鐵，并且根據(jù)鐵銹下的充氧濃度不同而產(chǎn)生強烈的濃差腐蝕，使氧化鐵大量增加。隨著鍋爐的交替運行和停用，腐蝕過程也隨之惡性循環(huán)，從而造成受壓部件的嚴(yán)重腐蝕。另外，鐵受到氧腐蝕后，雖然能在金屬表面形成一層保護膜，減少了腐蝕核心的數(shù)目，但每一個核心地區(qū)的腐蝕速度卻大大增加了，腐蝕的破壞程度將更為劇烈。

二、基于鍋爐氧腐蝕的實證分析

從鍋爐氧腐蝕機理分析，可以得出如下結(jié)論：在鍋爐停用期間，要想減少鍋爐氧腐蝕，必須控制鍋爐內(nèi)部的氧氣或水分，也就是常說的濕法保養(yǎng)和干法保養(yǎng)。

某單位有3臺同一型號的熱水鍋爐，編號為1#、2#和3#，型號為SZL7—1.0/115/70—AⅡ，作為冬季供暖使用，停用期為每年3月中旬到11月中旬，由于3#爐作為備用爐，使用次數(shù)不多，兩年未進行停爐保養(yǎng)，我們從2009年跟蹤了兩個停爐期，3臺初始狀況基本相同，分別采用濕法保養(yǎng)和干法保養(yǎng)，如表1所示。

表1 方法選擇機理

根據(jù)實際情況，分別對1#爐濕法保養(yǎng)和2#爐干法保養(yǎng)制定了具體步驟。

1.1#爐濕法保養(yǎng)的具體步驟。按4kg/m3NaOH+1kg/m3Na3PO4的濃度配置適量堿液（要用軟化水），用泵送入鍋筒內(nèi)部直至頂部的排氣閥出水，關(guān)閉排氣閥后，升壓至0.05~0.1MPa停止。這樣，可以保證鍋爐內(nèi)部的氧氣完全排出。當(dāng)表壓低于0.01MPa時，應(yīng)及時補充堿液，以防止氧氣的進入。另外，還需定期測量堿液的pH值，應(yīng)保持在10～12之間，當(dāng)pH值低于10時，要補充堿液，以保證金屬表面的鈍化，造成陽極極化，從而達到保護鍋爐防止腐蝕的目的。

2.2#爐干法保養(yǎng)的具體步驟。停爐前必須煮爐，以清除金屬表面的水垢和腐蝕產(chǎn)物。停爐后打開入孔，清除堆積在鍋筒集箱底部的垢渣、銹渣等污物。用少量木柴細火烘爐（主要是烘干鍋爐內(nèi)部的水分），至人孔處向外溢出的熱氣減少為止。此步驟亦可采用熱爐放水法，其操作方法為：當(dāng)爐內(nèi)水溫降至70~80℃，爐膛內(nèi)溫度降至100℃以下時放水，然后依次打開排氣閥、人孔，這樣就可以利用鍋爐的余溫烘干內(nèi)部的水分。鍋爐內(nèi)部加入干燥劑?，F(xiàn)在使用最多的干燥劑為硅膠，從人孔、爐門分別放入到鍋筒和爐膛內(nèi)部，然后關(guān)閉人孔、爐門。閥門必須密封。在實際操作過程中，人孔的拆裝極不方便，可采用在人孔圈處涂抹一層黃油，然后用塑料紙貼封的方法，這樣可以方便地更換干燥劑，也降低了管理人員的勞動強度。1個月后檢查硅膠，是否吸潮，如果吸潮，則需要更換硅膠后重新密封，以后的檢查，周期適當(dāng)延長。

另外，在放置硅膠的過程中，可按1~2支/m3的比例在鍋筒內(nèi)放入點燃的蠟燭，這樣在密封后，蠟燭的燃燒可消耗掉鍋爐內(nèi)部的氧氣，使保養(yǎng)更為徹底。

本次鍋爐定期檢驗發(fā)現(xiàn)1#爐鍋筒內(nèi)部共有2處明顯腐蝕，最大尺寸約為Φ6×0.5mm，2#爐鍋筒內(nèi)部基本無明顯腐蝕，3#爐鍋筒內(nèi)部存在8處大小及深度不一的圓形腐蝕斑點及腐蝕凹坑。最大尺寸約為Φ15×1.5mm，最小尺寸約為Φ5×0.5mm。此外，在3#爐鍋筒還有1處輕微腐蝕鼓包，鼓包表面呈紅褐色，其內(nèi)有黑色粉末狀物，用手剝?nèi)ス陌?，表面形成腐蝕坑，坑內(nèi)堆著腐蝕產(chǎn)物。

對1#爐和3#爐共取5處打磨、拋光，4%硝酸酒精溶液侵蝕，再制取金相復(fù)型，在金相顯微鏡上觀察及拍攝金相照片。其檢驗結(jié)果：母材的顯微組織均為正常的鐵素體+珠光體，鐵素體晶粒度為7～8級，表明該腐蝕與材質(zhì)無關(guān)。用X射線物相分析腐蝕產(chǎn)物時，其主要物相為Fe3O4，其次為Fe2O3及FeO，可判斷二臺鍋爐的腐蝕為氧腐蝕。

由以上分析可以看出，沒有采取任何保養(yǎng)措施的熱水鍋爐氧腐蝕嚴(yán)重，采用干法保養(yǎng)的熱水鍋爐效果要好于采用濕法保養(yǎng)的熱水鍋爐，這為今后的熱水鍋爐停爐保養(yǎng)和最佳保養(yǎng)方法選擇提供了依據(jù)。

三、結(jié)論

本文，筆者介紹了氧腐蝕機理，通過對氧腐蝕機理的分析，制定了不同的保養(yǎng)方案。通過實例分析，得到了如下的結(jié)論：沒有采取任何保養(yǎng)措施的鍋爐氧腐蝕嚴(yán)重，采用干法保養(yǎng)的鍋爐效果要好于采用濕法保養(yǎng)的鍋爐。熱水鍋爐由于維護保養(yǎng)不好，而使受壓元件造成的腐蝕是鍋爐最常見的一種損壞方式，所以熱水鍋爐在停運期間，必須進行保養(yǎng)，并要選擇合理的保養(yǎng)方法，以減少熱水鍋爐金屬的腐蝕，延長了熱水鍋爐的使用壽命，保證鍋爐安全、經(jīng)濟運行。