【摘要】汽水品質(zhì)對火力發(fā)電機組金屬材料的影響很大，它會造成汽輪機葉片、汽包、水冷壁、過熱器、凝汽器、省煤器等熱力設備產(chǎn)生腐蝕失效，因而形成裂紋、腐蝕坑、穿孔等損傷，從而影響機組設備穩(wěn)定運行，嚴重時造成事故停機。本文著重介紹了汽水品質(zhì)對金屬材料腐蝕失效的特征，以及防止汽水品質(zhì)對金屬材料腐蝕的方法。

【關鍵詞】金屬材料；汽水品質(zhì)；失效特征；防止方法

1、前言

火力發(fā)電廠熱力設備的運行常以水作為介質(zhì)。如果水質(zhì)不良，則會引起金屬的腐蝕失效。由于金屬材料與不合格水質(zhì)發(fā)生化學或電化學反應而引起金屬材料的破壞叫做金屬的腐蝕?；鹆Πl(fā)電廠的給水管道，各種加熱器，鍋爐的省煤器、水冷壁、過熱器和汽輪機凝汽器等熱力設備，都會因水中含有溶解性氣體和腐蝕介質(zhì)而引起腐蝕。腐蝕不僅會縮短金屬的使用壽命，而且由于金屬腐蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)入給水中，使給水雜質(zhì)增多，從而又縮短了在熱負荷高的受熱面上的結(jié)垢過程，結(jié)成的垢又會促進鍋爐管壁的垢下腐蝕。這種惡性循環(huán)，會迅速導致爆管事故的發(fā)生。所以沒有合格的汽水品質(zhì)是影響火力發(fā)電廠熱力設備（鍋爐、汽機等）安全、經(jīng)濟運行的重要因素之一，沒有合格的汽水品質(zhì)會導致鍋爐受熱金屬材料組件內(nèi)表面腐蝕或堵塞，降低鍋爐效率，并可能引起爐管過熱，甚至爆管，因此，防止汽水品質(zhì)對金屬材料腐蝕失效影響是一項重要的工作。

2、汽水品質(zhì)對金屬材料腐蝕失效的特征

2.1氫腐蝕

當鍋爐受熱面管介質(zhì)受到環(huán)境污染而使爐水呈酸性是，介質(zhì)中的氫離子會對管子造成損傷，使金屬產(chǎn)生脆化。一般將氫損傷的物理過程稱為“氫脆”，化學過程稱為“氫腐蝕”。氫腐蝕是氫在高溫高壓下，與鋼中的滲碳體發(fā)生化學反應，生成甲烷，甲烷在鋼中產(chǎn)生巨大的應力，使材料開裂或形成鼓包而破壞。出現(xiàn)氫損傷后，材料的力學性能下降。

氫腐蝕造成的泄漏一般出現(xiàn)在水冷壁管上，其爆口特征一般無明顯減薄，破口邊緣粗鈍，沒有塑性變形和脹粗現(xiàn)象，爆口形狀像開了窗戶一樣，具有脆性斷裂特征。其微觀組織為管子內(nèi)部存在裂紋，在主裂紋兩側(cè)有脫碳現(xiàn)象，珠光體減少或消失，當腐蝕嚴重時，表面出現(xiàn)全脫碳層。在組織內(nèi)部還可見細微的沿晶分布的微觀裂紋。氫腐蝕裂紋區(qū)的氫含量明顯升高，機械性能下降。

2.2氧腐蝕

氧腐蝕是鍋爐系統(tǒng)最常見的、較嚴重的腐蝕。氧腐蝕是由于鍋爐給水中的氧對陰極的去極化作用，使電化學腐蝕過程加快，由此形成的腐蝕就是氧腐蝕。鍋爐以水和汽為介質(zhì)，鍋爐給水雖然已經(jīng)過處理，但水里通常仍溶解有一定的氧，溶解氧能引起碳鋼的吸氧腐蝕其反應為：

陽極過程：Fe→Fe2+2e

陰極過程：1/2O2+H2+2e→2OH-

腐蝕電池反應：Fe+1/2O2+H2O→Fe（OH）2，因水中有溶解氧，故Fe（OH）2將進一步被氧化為Fe（OH）3，其反應為：4Fe（OH）2+O2+2H2O→4Fe（OH）3

上述產(chǎn)物隨著條件不同，（如溫度、pH值、溶解氧含量）也可得到更為復雜的腐蝕產(chǎn)物：如FeO、Fe2O3、Fe3O4等。碳鋼受氧腐蝕后，破壞形式為點狀，常常在表面形成許多小型鼓包直徑由不到一毫米到幾十毫米不等，當清除這些產(chǎn)物后，便可見金屬表面上的潰瘍狀腐蝕坑陷，嚴重時產(chǎn)生小孔向外噴水，水溫越高，則產(chǎn)生的氧腐蝕后果越嚴重。

鍋爐氧腐蝕產(chǎn)生的原因正常運行情況下，由于給水采取了除氧措施，水中氧含量很低，由于給水溫度較高，少量的氧在給水管道中就已耗盡，不會對鍋爐造成危害。但在除氧器運行不正常時，給水中溶氧量增加，就會對減溫器、省煤器乃至汽包金屬內(nèi)壁造成嚴重氧腐蝕。

鍋爐停運期間氧腐蝕產(chǎn)生有兩種：

（1）在小修或大修停爐時，空氣進入鍋內(nèi)，空氣中的氧就會很快腐蝕鍋內(nèi)各系統(tǒng)金屬表面，再加上鍋內(nèi)金屬表面上往往因受潮而附著一層水膜，空氣中的氧便溶解在此水膜中，這就給氧腐蝕創(chuàng)造了便利的條件；

（2）故障停爐，鍋爐停止運行后，壓力減低，此時大氣中的氧氣便通過各個泄漏點迅速地進入氧分壓很低的鍋內(nèi)，并溶解于水中造成腐蝕。

鍋爐停用狀態(tài)下氧腐蝕，與運行中發(fā)生的氧腐蝕機理基本相同，但比運行時更嚴重，這不僅是因停用時進入了大量的氧氣，而且停用時鍋爐所有部件都能發(fā)生氧腐蝕。腐蝕范圍更大。由上可知鍋爐在運行或停爐狀態(tài)下都可能有氧腐蝕發(fā)生，且停運時腐蝕更大。因此控制進入鍋爐的氧氣含量對保證鍋爐安全運行具有重要的意義。

2.3酸腐蝕

酸腐蝕主要是析氫腐蝕。在鍋爐系統(tǒng)中，這種腐蝕經(jīng)常發(fā)生在下列部位：

（1）給水系統(tǒng)：

給水系統(tǒng)運行中，由于二氧化碳的大量存在，會引起強烈的酸腐蝕。特別是經(jīng)過H—Na離子交換或鈉離子交換加酸處理的給水，PH值經(jīng)常在7以下，這種腐蝕將更為嚴重。

（2）鍋爐內(nèi)部：

當鍋水氯化鎂含量較高時，在鍋內(nèi)高溫（180℃以上）下，容易發(fā)生水解反應而生成酸。生成的鹽酸是一種強酸，它既能破壞金屬表面氧化膜又能溶解鐵，在鍋水pH值較低情況下，腐蝕反應生成的鐵的氯化物，又可能與氫氧化鎂作用再次生成氯化鎂，氯化鎂又水解成鹽酸而引起金屬的腐蝕。

（3）回水系統(tǒng)：

回水系統(tǒng)很容易受到酸腐蝕，尤其是在含有溶解氧時。酸腐蝕的特征大多是均勻腐蝕，這種腐蝕雖然對金屬的強度破壞不大，但溶解鐵量較多，使給水中大量帶鐵，容易在鍋內(nèi)形成鐵垢及產(chǎn)生垢下腐蝕。

2.4堿腐蝕

堿腐蝕是指游離氫氧化鈉（NaOH）對金屬的腐蝕。堿腐蝕的作用，主要是溶解鋼鐵表面的氧化膜，使其表面失去保護作用，從而造成了腐蝕過程連續(xù)發(fā)生的可能性。堿腐蝕是電化學腐蝕的結(jié)果。

發(fā)生堿腐蝕的原因是由于在爐管的局部地方發(fā)生了堿的濃縮，它一般具有局部性的特征，呈現(xiàn)小溝槽或不規(guī)則的潰瘍型。因此，堿腐蝕一般發(fā)生在水冷壁管的向火側(cè)，通常是在一個或多個流動干擾使爐水雜質(zhì)發(fā)生沉積的地方。容易發(fā)生堿腐蝕的部位包括：爐水流動受干擾的位置，主要有焊接接口、向火側(cè)有較多水垢處、爐管的方向驟變處及管子內(nèi)徑改變處等；高熱負荷部位，如：噴燃器附近；容易出現(xiàn)膜態(tài)沸騰的部位，如：水平管及斜管處。腐蝕最嚴重的部位是在焊縫處，因為此處容易混夾雜質(zhì)，金屬組織也有一定的改變，有時在焊口附近附著不緊密的氧化皮也給鍋水濃縮提供了有利條件。

2.5垢下腐蝕

當凝結(jié)水和給水PH值不正常，爐水受酸或堿污染或水質(zhì)雜質(zhì)超標時，如果這此水質(zhì)進入鍋爐或其他熱交換器，經(jīng)過一段時間的運行后，在和水接觸的受熱面上，會生成一些固體附著物，這些固體附著物稱為水垢，這種現(xiàn)象稱為結(jié)垢。這些水垢在蒸發(fā)面管子內(nèi)壁沉積，由于沉積物熱阻較大，管壁溫度升高，而使垢下的酸性介質(zhì)或者堿性介質(zhì)進一步濃縮，造成更嚴重的腐蝕，當管壁減薄到一定程度后而爆管。水垢的導熱性能比金屬的差幾百倍，又易形成在熱負荷很高的鍋爐爐管中，這樣也會使結(jié)垢部位的金屬管壁溫度過熱，引起金屬強度下降，在管內(nèi)壓力作用下，就會發(fā)生管道局部變形，產(chǎn)生鼓包，導致爆管。

垢下腐蝕的特征為：鹽垢為多孔沉積物，垢下腐蝕呈坑穴狀，為均勻腐蝕。腐蝕坑處沒有裂紋。在腐蝕過程中，金屬組織和機械性能沒有明顯的變化。大多數(shù)發(fā)生在爐水高堿度處理狀態(tài)。

2.6積鹽

如果鍋爐使用的水質(zhì)不良，就不能產(chǎn)生高純度的蒸汽，隨蒸汽帶出的雜質(zhì)就會沉積在蒸汽流通部分，例如過熱器和汽輪機里，這種現(xiàn)象稱為積鹽。過熱器管內(nèi)積鹽會引起金屬管壁過熱，甚至爆管；汽輪機內(nèi)積鹽會大大降低汽輪機的出力和效率。特別是對于高溫、高壓的大容量汽輪機，它的高壓蒸汽通流部分的截面積很小，所以少量的積鹽就會大大增加蒸汽流通的阻力，使汽輪機的出力下降。當汽輪機積鹽嚴重時，還會使推力軸承負荷增大隔板彎曲，造成事故停機。

3、防止金屬材料腐蝕的方法

金屬材料腐蝕是由于金屬和介質(zhì)接觸時形成腐蝕電池所引起的。為了使金屬免受腐蝕，辦法是設法消除產(chǎn)生腐蝕電池的條件，這可從金屬設備的材質(zhì)和周圍介質(zhì)兩方面著手。

3.1金屬材料的選用

金屬材料本身的耐蝕性，主要與金屬的化學成分、金相組織、內(nèi)部應力及表面狀態(tài)有關，還與金屬設備的合理設計與制造有關。從防止金屬腐蝕的角度看，無疑應該選用耐蝕性強的材料，但是金屬材料的耐蝕性能是與它所接觸的介質(zhì)有密切關系的，所以應該根據(jù)金屬周圍介質(zhì)的性質(zhì)來選用金屬材料。在工業(yè)實踐中，選用金屬材料時，除了應考慮它的耐蝕性之外，還要考慮它的機械強度、加工特性及材料價格等方面的因素。

3.2控制和調(diào)節(jié)鍋爐給回水中的PH值

當PH 值低時可以向水中加入碳酸鈉、磷酸鈉、氫氧化鈉等堿性藥劑使鍋水的PH值達到10-12；當鍋內(nèi)PH值高時，可向水中加入磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、硫酸銨等藥劑，使PH值達到10-12。

3.3對鍋爐用水的堿度進行控制和調(diào)節(jié)

防止堿腐蝕，應及時對鍋爐水中游離堿進行有效控制，才能消除鍋爐水的侵蝕性，在鍋爐設計上盡量避免采用水平管段或傾斜度小的管段。在鍋爐安裝中應當保證焊口的質(zhì)量，不應使焊口內(nèi)出現(xiàn)夾雜物和在焊口外殘留有氧化皮，設法消除焊口處的殘余應力。在鍋爐運行中應盡量消除過熱現(xiàn)象，并按標準規(guī)定控制好鍋水的水質(zhì)。

3.2介質(zhì)的處理

同金屬相接觸的介質(zhì)，對金屬材料的腐蝕性，在某些情況下是可以改變的，也就是說，通過改變介質(zhì)的某些狀況，可以減緩或消除介質(zhì)對金屬的腐蝕作用。例如，鍋爐給水的除氧處理，就是除掉鍋爐給水中溶解氧這種有害成分，提高了水質(zhì)，從而達到了防止給水對金屬腐蝕的目的。又例如，在鍋爐化學清洗時，在除垢用的酸液中加入少量緩蝕劑等藥品，改變了清洗液的化學組成，就可以大大減少了酸液對鍋爐鋼材的腐蝕。

3.2加強機組的化學監(jiān)督

通過加強機組的化學監(jiān)督，積極調(diào)整機組的水化學運行工況，可有效防止熱力設備金屬材料的腐蝕、結(jié)垢等失效。

4、結(jié)束語

總之，控制火力發(fā)電機組的汽水品質(zhì)是解決熱力系統(tǒng)設備金屬材料腐蝕，最有效的途徑，它事關機組設備的保護，甚至整個熱力系統(tǒng)的安全，因此，必須制定足夠的措施，保證機組汽水品質(zhì)的合格，所以各級鍋爐管理工作人員及水處理工作人員和鍋爐運行人員應對機組運行的汽水品質(zhì)給予高度重視，及時防止和處理金屬材料腐蝕所帶來的損失，把它消滅在萌芽狀態(tài)，延長鍋爐和熱力系統(tǒng)的使用壽命，以保證機組的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻

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[4]徐洪，高壓鍋爐水冷壁堿腐蝕診斷與機理研究，中國電機工程學報，2003.

作者簡介

曾祥濤，性別：男，1979年10月出生，2001年畢業(yè)于內(nèi)蒙古工業(yè)大學，材料成型與控制工程專業(yè)畢業(yè)，工程師，現(xiàn)為內(nèi)蒙古京海煤矸石發(fā)電限責任公司金屬監(jiān)督專業(yè)工程師。