彭杰民，冀國龍，馬嘯飛

（1.中電神頭發(fā)電有限責任公司，山西 朔州 036011；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院，山西 太原 030001）

1 熱力設備的停用腐蝕

電站鍋爐熱力系統(tǒng)、民用鍋爐系統(tǒng)、城市供熱管網(wǎng)及其他工業(yè)設備和管道主要為鋼制設備，在停用期間，如不采取保護措施或保護措施不當，金屬內表面就會引起溶解氧的腐蝕，其腐蝕速度一般比運行期間快的多。被嚴重腐蝕的鍋爐等熱力設備，多數(shù)是在停用期間發(fā)生而在運行期間又發(fā)展造成的。因為在鍋爐等熱力設備停用以后，外界空氣就會大量進入水汽系統(tǒng)，系統(tǒng)雖已放水，但金屬內表面總是處于潮濕狀態(tài)，空氣中的氧溶解在其表面，甚至達到飽和，很容易引起溶解氧腐蝕。如果熱力設備金屬表面上有能溶于水的鹽垢時，腐蝕就會更加嚴重。鍋爐等熱力設備停用后未將水排放或有的部位排不盡，外界空氣中的氧也會溶于水中，使金屬受到溶解氧腐蝕。停用期間熱力設備金屬內表面發(fā)生的氧腐蝕過程可由電化學方程式表示[1]

陽極反應：Fe→Fe2++2e

陰極反應：02+2H20+4e→40H-

在這個過程中，陽極產生的陽離子Fe2+和陰極產生的OH-又會發(fā)生電化學反應

Fe2++OH-→Fe（OH）2

4Fe（0H）2+02+2H20→4Fe（0H）3

Fe（OH）2+2Fe（0H）3→Fe304+4H20

Fe304可看作是 Fe（OH）2和 Fe（OH）3脫水后的混合物。由于這些產物比較疏松，對金屬沒有保護性，一旦腐蝕發(fā)生就會繼續(xù)進行下去。停用期間發(fā)生的腐蝕，無論腐蝕產物還是腐蝕對金屬表面造成的缺陷，在設備啟動后都會引發(fā)運行中的腐蝕，使設備在運行停用周期交替中腐蝕過程反復進行[2]。因此，在鍋爐等熱力設備停用期間采用適當?shù)谋Ｗo措施，對有效減緩設備腐蝕，確保安全運行，延長設備使用壽命具有重要意義。

2 熱力設備停用保護方法

按照熱力設備停用腐蝕基本機理，造成腐蝕的基本外界條件為水分、溶解氧和pH值，相應的熱力設備停用保護的方法有以下幾類：保持停用熱力設備水汽系統(tǒng)金屬內表面干燥；防止外界空氣進入停用設備的水汽系統(tǒng)；保持一定的pH值使金屬形成鈍化膜[3]。恰當?shù)氖褂闷渲腥魏我环N方法都能有效減緩設備停用期間的腐蝕，但在具體選擇上還要根據(jù)設備系統(tǒng)構造、金屬材質、外部條件等選擇技術成熟、簡便易行、成本低廉的保護方法。特別是對于設備龐大、結構復雜的系統(tǒng)，如停用保護方法選擇不當，保護效果將較差。

目前，大型鍋爐系統(tǒng)的保護方法總體分為濕法、干法以及新型有機成膜法，就具體措施而言有給水壓力法、聯(lián)胺法、亞硫酸氫鈉法、充氮法、烘干法、干燥劑法等。每種方法在實際應用中都能起到一定的作用，同時也有局限性：濕法保護受地區(qū)環(huán)境條件限制，解決防凍問題存在很大困難；干法保護在系統(tǒng)嚴密性、氣體純度條件上難以滿足；烘干法主要解決的問題是烘干程度、時間、檢測方法、環(huán)境溫度不同引起的濕度變化。目前，有較多應用新型有機胺保護，但存在藥劑溶解性差、再次啟動后系統(tǒng)殘留藥劑造成精處理樹脂有機物中毒老化等問題。

3 碳酸銨氣相保護法

3.1 基本原理

碳酸銨氣相保護法是在傳統(tǒng)氣相保護法基礎上形成的，具有適應結構復雜、容積較大的鍋爐等熱力系統(tǒng)停備用保護等優(yōu)點。氣相緩蝕劑具有受熱易揮發(fā)和分解出有效成分的特點，先將潔凈的壓縮空氣加熱，利用熱空氣的加熱功能使緩蝕劑揮發(fā)或分解出有效氣體成分，用壓縮空氣將氣相緩蝕劑攜帶進入充滿熱力系統(tǒng)，起到對熱力系統(tǒng)的保護作用，對于不同的金屬類型可以選用相應的氣相緩蝕劑。最廣泛使用的以鋼為主要材質的工業(yè)設備系統(tǒng)，碳酸銨是一種性能優(yōu)良、價格低廉的緩蝕劑。碳酸銨的化學式為（NH4）2C03·H20，是無色晶體或白色粉末，有氨味，易溶于水，在空氣中逐漸失去氨而生成碳酸氫銨，58℃時分解為氨、二氧化碳和水。由碳酸銨分解產生的氨溶解于水時生成NH4OH，可以使鋼表面的pH值達到10以上而處于鈍化狀態(tài)，從而避免金屬在潮濕狀態(tài)下發(fā)生氧腐蝕。

3.2 主要設備和技術參數(shù)

熱力設備氣相保護裝置全部部件組裝在1臺可移動小車上，以方便現(xiàn)場不同機組之間輪換使用。主要由壓縮空氣凈化單元、空氣加熱單元、化學藥品氣化單元以及自動控制單元組成。主要技術參數(shù)如下。

外形尺寸(長×寬×高)： （1.4×0.9×1.0） m。

整機重量：800 kg。

額定承壓：≤0.4 MPa。

工作壓力：≈O.05 MPa。

工作溫度：≤95℃（用戶可自行設定）。

空氣流通量：≤90 m3/h。

功率：18 kW。

額定電壓：380 V。

頻率：50 Hz。

化學藥品加載量：≈30 kg/次。

3.3 現(xiàn)場應用方法

鍋爐在保護前進行熱爐放水及負壓抽干操作，需對有銅設備（系統(tǒng)）進行隔離，特別應隔離銅材質的凝汽器等系統(tǒng)。為保證系統(tǒng)嚴密性，高、中壓缸進氣閥、逆止閥及再熱器冷段應加堵板。

將保護設備連接爐放水聯(lián)箱至地溝放水管，同時檢查關閉凝結水泵與爐連接的相關電動閥，手動門，關閉啟動瓶至疏水擴容器電動門，關閉管路至疏水擴容電動門。按照0.15 g/m3的化學試劑碳酸銨用量（首次加倍）分層裝入氣化筒。開啟氣化筒出氣閥，鍋爐充氣閥，加熱器出口閥，投入壓縮系統(tǒng)及加熱裝置，維護加熱器桶壓力穩(wěn)定在0.2 MPa、溫度100℃以下，觀察記錄汽化桶內溫升情況。

待各系統(tǒng)空氣閥有氣體排出后用濕潤的pH試紙在排空氣門檢測排氣pH值大于10，符合要求后，關閉空氣門，繼續(xù)充氣加壓；壓力表指示穩(wěn)定后，關閉進氣閥，停止充氣。

充氣結束后，在各空氣門管內放入濕潤的不同型號試片，用軟質橡皮密封，然后打開該空氣門，進行每月一次的定期檢查。

在每次充氣前，預先充入不帶藥劑的壓縮空氣，并用濕潤pH試紙檢測系統(tǒng)殘留氨濃度，pH值小于9時應立即充氣或縮短保護周期。

對于濕冷機組，針對部分閥門嚴密性差的問題，防止氨氣串入凝汽器造成銅管腐蝕，應在每次保護結束后對凝汽器做滿水沖洗，檢測pH值8～9停止沖洗。保護期間，不得對被保護系統(tǒng)進行檢修打壓或解體操作，確需上述工作應用壓縮空氣排除受熱面內氨氣，并通知化學檢修結束后重新保護。

3.4 主要優(yōu)點

a）技術成熟。綜合了充氣法和氣相緩蝕劑封存法的優(yōu)點，基于在堿性環(huán)境中鋼的鈍化特性對停用設備進行有效保護，是熱力設備停用保護技術的創(chuàng)新，特別是對于工業(yè)上使用最為廣泛的材質為鋼的設備長周期停用保護體現(xiàn)了巨大優(yōu)勢。目前已有10多個火力發(fā)電廠用于100～600 MW鍋爐的停用保護，效果良好。

b）適用范圍廣。適合不同容積、結構復雜的熱力系統(tǒng)，對于不同容積的熱力系統(tǒng)只是充氣時間不同；對結構復雜的系統(tǒng)選擇合適的充氣點和排出點就可使所有金屬內表面處于保護狀態(tài)；對鍋爐等熱力系統(tǒng)的嚴密性要求不高，少量空氣進入或保護氣體外泄對于金屬表面的整體鈍化和環(huán)境幾乎沒有影響；對放不盡水的大型復雜系統(tǒng)(如電站鍋爐的立式過熱器、再熱器)的保護效果亦不會造成不良影響，這是因為這些殘留的水分可以溶解氨而使與水接觸的金屬處于鈍化的pH值范圍。碳酸銨氣相保護法已經(jīng)成功應用于空冷發(fā)電機組空冷島等復雜系統(tǒng)的長周期保護，解決了龐大空冷島的停用保護難題。

c）使用方便。使用中只需要選擇合適的充氣點和排放口即可在短時間內完成保護作業(yè)。對于大型電站鍋爐，充氣點一般選擇在省煤器和水冷壁的底部放水聯(lián)箱，排氣口可根據(jù)充氣進程依次打開汽包、過熱器、再熱器的空氣門排放，當檢測到這些空氣門排出氣體含有氨氣后逐級關閉即可。

d）保護周期長。對于正常停用的機組關閉相關閥門后，保護的周期一般推薦60 d，60 d以后可以打開空氣門檢測，如檢測到pH≥10可以繼續(xù)延長保護周期，否則再次充入保護氣體即可。

e）費用低。對于鋼制系統(tǒng)推薦使用的保護劑為化學純級碳酸銨，1臺300 MW機組鍋爐系統(tǒng)保護用藥劑費用每次不超過1 000元，遠低于其他保護方法。

4 結論

應用碳酸銨氣相保護法，可以對不同容積、結構復雜的熱力系統(tǒng)進行長期和短期停用保護，具有技術成熟、保護效果好、適用范圍廣、使用方便、保護周期長和費用低等優(yōu)點。除濕冷機組外，也可以用于空冷發(fā)電機組空冷島的長周期停用保護，解決了龐大空冷島停用保護的難題。

［1］ 李宇春，龔洵潔，周科朝.材料腐蝕與防護技術［M］.北京：中國電力出版社，2004：15.

［2］ 龔洵潔.熱力設備的腐蝕與防護［M］.北京：中國電力出版社，1998：132.

［3］ 曹長武，宋麗莎，羅竹杰.火力發(fā)電廠化學監(jiān)督技術［M］.北京：中國電力出版社，2005：229.