趙 兵

（吉林石化煉油廠，吉林吉林 132021）

0 引言

在日常檢查中發(fā)現(xiàn)，工業(yè)鍋爐的受熱表面發(fā)生了氧化現(xiàn)象，這是一種常見的氧腐蝕類型。氧腐蝕對鍋爐造成的損傷，不僅會(huì)提高設(shè)備的檢修維護(hù)費(fèi)用，而且還會(huì)對設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。所以，必須注意工業(yè)鍋爐的受熱表面的氧腐蝕現(xiàn)象，并在日常工作中采取相應(yīng)的防治措施，從而降低其腐蝕程度。對于已經(jīng)出現(xiàn)的氧腐蝕情況，首先應(yīng)該對其進(jìn)行檢查評(píng)估，以確定其破壞的嚴(yán)重程度，能否保證正常工作，以便判斷應(yīng)該采取哪些措施對缺陷加以排除和修復(fù)。本文結(jié)合某電廠的實(shí)際情況和氧腐蝕案例，從多個(gè)角度找出氧腐蝕的主要原因，并給出相應(yīng)的解決方案，為鍋爐檢驗(yàn)工作提供依據(jù)。

1 鍋爐氧腐蝕事件闡述

某生產(chǎn)企業(yè)在鍋爐的內(nèi)部檢查中發(fā)現(xiàn)二回程煙管和后煙管片出現(xiàn)了嚴(yán)重的銹蝕，其腐蝕形式是一種土黃色的凸起。而凸起內(nèi)部為坑狀，布滿黑色粉末，從其侵蝕形式特征分析，這是典型的熱表面氧腐蝕。檢驗(yàn)人員將粉末送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物主要為氧化鐵和氯化鐵。通過對侵蝕形式及產(chǎn)物組成的分析，更加確定其為受熱面氧腐蝕。

2 鍋爐氧腐蝕原理分析

為了避免造成更嚴(yán)重的氧腐蝕，必須明確其產(chǎn)生的機(jī)理。氧腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，工業(yè)鍋爐以低碳鋼為主要材料，壓力元件浸泡在鍋爐水中，因?yàn)殄仩t水里含有酸、堿和鹽分等雜質(zhì)，因此鍋爐水是一種極性的電解質(zhì)。

在極性電解液中，氧與鐵合成為一種具有兩種不同的電極的腐蝕電池。在這種被侵蝕的電池內(nèi)，因?yàn)檠醯碾姌O電位高于鐵，所以鐵是還原劑，會(huì)作為負(fù)極失去電子而被氧化，而氧是氧化劑，作為陰極得到電子而發(fā)生還原反應(yīng)。這種反應(yīng)引起的侵蝕叫做氧去極化腐蝕，簡稱氧腐蝕，其作用機(jī)制是：

在此電化學(xué)反應(yīng)中，亞鐵金屬離子Fe2+在水溶液中與OH-發(fā)生反應(yīng)，形成了不穩(wěn)定的Fe（OH）2，并與水溶液中的氧氣發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng)，形成Fe（OH）3和Fe3O4。其反應(yīng)方程式如下：

從反應(yīng)方程可知，當(dāng)氧的含量增加時(shí)，反應(yīng)會(huì)朝著右邊的正反應(yīng)方向進(jìn)行，氧的含量越高反應(yīng)進(jìn)行速率越快，二者呈線性關(guān)系，所以當(dāng)氧進(jìn)入達(dá)到一定濃度時(shí)就會(huì)引起鍋爐的氧化。因此，鍋爐中水的含氧量是鍋爐發(fā)生氧腐蝕的先決條件，并且含量越多、氧腐蝕發(fā)生的程度越高。此外，在pH 值低于10 的情況下很容易產(chǎn)生氧腐蝕，而pH 值為10～12 的堿性環(huán)境可以延緩氧腐蝕程度。結(jié)果表明，在酸度高時(shí)，更容易發(fā)生氧腐蝕。所以，為了防止或延緩鍋爐的氧去極化腐蝕，可以通過適當(dāng)措施來減少鍋水中的氧含量，并保持pH 值在一個(gè)堿性環(huán)境中。

3 鍋爐發(fā)生氧腐蝕的原因

在對影響鍋爐氧腐蝕的因素進(jìn)行研究時(shí)，根據(jù)其產(chǎn)生的原理從環(huán)境中尋找原因。引起鍋爐氧腐蝕有許多種原因，其中大部分是由各種因素共同作用引起的。不管什么原因?qū)е铝隋仩t內(nèi)的氧腐蝕，都不能離開氧腐蝕的原理。所以，要找出鍋爐的氧腐蝕的成因，必須從鍋爐的結(jié)構(gòu)、各系統(tǒng)的布局、運(yùn)行和管理等方面入手。結(jié)合上述事件中鍋爐腐蝕的實(shí)際情況，從鍋爐水質(zhì)、鍋爐水處理設(shè)備及供水方式、運(yùn)行管理等角度，對鍋爐的氧腐蝕進(jìn)行全面、詳細(xì)的分析。

3.1 鍋爐水質(zhì)的調(diào)查情況

根據(jù)最近的鍋爐水質(zhì)測試（表1），發(fā)現(xiàn)該鍋水的總堿度為2.1、pH 值為8.2，均小于GB/T 1576—2018《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》規(guī)定的限值。從受熱表面的氧腐蝕原理可以看出，在低pH 值、酸性條件下，可以加速氧的去極化，而較低的pH 值也會(huì)使氧化膜的耐蝕性降低。由于pH 值低、酸性偏高，為防止鍋爐的氧腐蝕，必須對其進(jìn)行嚴(yán)格的檢測，定期監(jiān)督水質(zhì)情況，確保其達(dá)到GB/T 1576—2018 的有關(guān)規(guī)定。

表1 鍋爐水的分析項(xiàng)目及數(shù)值比較

3.2 鍋爐給水及操作與管理問題

在實(shí)際生產(chǎn)中，鍋爐的設(shè)計(jì)和使用是一個(gè)有關(guān)設(shè)備安全運(yùn)行的重要問題。通過對鍋爐全過程的考察，確定了水處理和給水的配置方式，并通過鍋爐操作記錄和與鍋爐操作工人溝通，發(fā)現(xiàn)其主要原因。

（1）鍋爐供水系統(tǒng)所使用的是鍋外水處理系統(tǒng)，以工業(yè)水為原料，經(jīng)過離子交換軟化后產(chǎn)生的軟化水由罐體頂端注入，由懸浮球來進(jìn)行液面調(diào)節(jié)，軟化水被注入到罐體上方，其排水口位于水槽上方，所以當(dāng)軟化水進(jìn)入罐內(nèi)時(shí)會(huì)被吸入更多的氣體，使罐內(nèi)的軟化水中的氧氣濃度升高（圖1）。通過給水泵將軟化池中的水直接送入鍋爐中，提高了鍋爐內(nèi)部的含氧量，為氧腐蝕提供了必要條件。

圖1 鍋爐供水系統(tǒng)

（2）通過與鍋爐操作人員的交談，得知在正常工作的情況下，鍋爐每周只能工作兩三天，而且只在白天工作，通常在鍋爐水位比較低的時(shí)候就會(huì)立即熄火停爐，同時(shí)將副汽缸上的主要蒸汽吸入閥關(guān)掉。因?yàn)殄仩t的蒸汽空間比較大，所以在經(jīng)過一個(gè)晚上的降溫之后，由于壓力的下降會(huì)在鍋爐的汽空間里產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓，使罐中的氧濃度更高，從而為氧腐蝕提供條件。

（3）由于上一次檢查修，造成了鍋爐出現(xiàn)短暫的停產(chǎn)。在停產(chǎn)過程中鍋爐一直保持著半滿的水位，沒有按照停爐要求進(jìn)行干燥和濕化保養(yǎng)等維護(hù)，所以當(dāng)氧氣通過管路和閥門進(jìn)入到鍋爐的時(shí)候，氧氣溶于水而發(fā)生氧腐蝕現(xiàn)象。根據(jù)上述結(jié)果可以看出，高溫、高含氧量為氧腐蝕創(chuàng)造了必要條件；再加上鍋爐的供水方式、鍋爐使用狀況、鍋爐作業(yè)人員的日常操作方式等因素，共同導(dǎo)致了鍋爐供水中的氧氣濃度偏高；此外，在停爐檢修過程中的維護(hù)保養(yǎng)措施不當(dāng)，也會(huì)造成鍋爐的氧腐蝕。

（4）很多鍋爐房采用傳統(tǒng)的濕法脫硝SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction，選擇性非催化還原），這種工藝需要向鍋爐內(nèi)噴射尿素溶液。受鍋爐內(nèi)氣旋的影響，噴入的溶液會(huì)被帶到水冷管上，而水冷管溫度通常只有60～70 ℃，不能使水蒸發(fā)，留存的尿素溶液就會(huì)腐蝕爐管，這樣不斷更換爐管就會(huì)增加經(jīng)濟(jì)成本。如果選擇干式脫硝方式，通過霧化噴嘴將高分子固體藥劑噴入爐膛，能減少爐管的腐蝕，徹底解決鍋爐的爆管現(xiàn)象。

4 鍋爐氧腐蝕解決方案

為了防止鍋爐的氧腐蝕，必須結(jié)合鍋爐的型號(hào)、參數(shù)和運(yùn)行特點(diǎn)以及鍋爐運(yùn)行成本，制定相應(yīng)的預(yù)防和控制對策。根據(jù)氧腐蝕原理，采取措施既要降低鍋爐水的氧含量，又要防止鍋爐內(nèi)氧化反應(yīng)發(fā)生的環(huán)境，根據(jù)鍋爐的運(yùn)行周期進(jìn)行檢修，并做好停爐保養(yǎng)。

在本案例中，為了降低氧腐蝕現(xiàn)象，可以從以下5 個(gè)方面來進(jìn)行優(yōu)化。

（1）強(qiáng)化水質(zhì)監(jiān)測，合理添加藥劑，對鍋水中pH 值、堿性進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測，以保證鍋爐的水質(zhì)達(dá)到GB/T 1576—2018 的有關(guān)規(guī)定，避免氧腐蝕發(fā)生的水質(zhì)環(huán)境條件。

（2）將水箱中的懸浮球控制裝置進(jìn)行替換。例如，利用電磁閥將制水設(shè)備中的軟化水從液槽底部灌入，從而減小軟化液中的氧氣濃度、降低氣缸內(nèi)的氧濃度。

（3）使用中，盡可能地將鍋爐的水平線提升到適當(dāng)位置，當(dāng)重新啟動(dòng)時(shí)，首先開啟排氣閥，當(dāng)鍋爐的氣壓上升時(shí)，將蒸汽中的氣體全部排出，再關(guān)掉閥門，一方面可以減少爐內(nèi)蒸汽的體積、減少由于冷卻產(chǎn)生的氣壓差異所帶來的空氣，同時(shí)將鍋爐內(nèi)的氧釋放出去、減少鍋爐內(nèi)的氧含量。

（4）考慮到鍋爐在使用過程中的氧腐蝕，考慮到鍋爐的機(jī)型和操作條件較低的情況，可以采取化學(xué)脫氧法（推薦使用亞硫酸鈉）來減少氧含量，并要做好污水處理工作。

（5）強(qiáng)化鍋爐的檢修維護(hù)工作。在檢修過程中，可通過停爐時(shí)間的要求，來調(diào)整相應(yīng)的保養(yǎng)方法，更要關(guān)注管道閥門等細(xì)節(jié)，以確保在鍋爐關(guān)閉過程中閥門的緊密性，避免氣體進(jìn)入爐中。

5 鍋爐氧腐蝕的類型及改善措施

5.1 冷凝水排放管和蒸氣篩虹吸管氧腐蝕

冷凝水排放管和蒸氣篩虹吸管材料為碳鋼，屬于鍋爐的蒸汽系統(tǒng)。由于高壓冷凝水在除氧器中膨脹，除氧器效率低下（圖2）。此時(shí)脫氣器沒有接收到任何新的蒸汽，因此給水脫氣不充分而產(chǎn)生含氧蒸汽，這會(huì)形成過量的磁性金屬，從而造成堵塞。解決辦法是，在送入除氧器之前高壓冷凝水應(yīng)先進(jìn)行膨脹或冷卻。

圖2 冷凝水排放管和蒸汽篩的虹吸管的氧腐蝕

5.2 火管系統(tǒng)氧腐蝕（圖3）

圖3 火管系統(tǒng)氧腐蝕

在給除氧器充電時(shí)，由于補(bǔ)給水的容量過大，壓力低于1.25 bar（0.125 MPa）、溫度低于105 ℃，造成泄漏，鍋爐水鹽堵塞了火管的其他地方。改善措施是，補(bǔ)給水泵應(yīng)限流，使給水量與蒸汽供應(yīng)管路中蒸汽壓力調(diào)節(jié)器的容量相適應(yīng)。

5.3 鍋爐過熱器管氧腐蝕

鍋爐過熱器管材料為碳鋼，屬于水管回收鍋爐系統(tǒng)。氧腐蝕現(xiàn)象為，在垂直截面上出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物重力引流的點(diǎn)蝕，在水平U形彎部分圍繞點(diǎn)蝕出現(xiàn)橢圓形水環(huán)（圖4）。原因是，夏季停爐期間的鍋爐進(jìn)行水壓測試時(shí)發(fā)現(xiàn)了氧氣坑，過熱器部分在氮?dú)鈱酉绿幱诟稍餇顟B(tài)，盡管采取了停爐期干燥的預(yù)防措施，管子還是暴露在冷凝的濕氣和大氣中的氧氣中。解決方法是，可以對過熱器采用干燥的處理方法。

圖4 鍋爐過熱器管氧腐蝕

5.4 鍋爐給水系統(tǒng)氧腐蝕

鍋爐給水系統(tǒng)氧腐蝕現(xiàn)象外觀為許多凹坑覆蓋著球形氧化鐵腐蝕產(chǎn)物（圖5）。經(jīng)過脫氣的給水是蒸汽冷凝水和脫堿軟化補(bǔ)給水的混合物，原因是由于除氧器故障導(dǎo)致給水中氧氣過多。改善措施為，改進(jìn)除氧器運(yùn)行情況，通過內(nèi)部檢查霧化器和蒸汽噴嘴，并通過測量各種負(fù)荷下的殘余氧含量來確定故障原因；也可以改善鍋爐給水的質(zhì)量，使之保持堿性。

圖5 鍋爐給水系統(tǒng)氧腐蝕

5.5 省煤器管道氧腐蝕

省煤器的材料為碳鋼，屬于角管式鍋爐系統(tǒng)。氧腐蝕外觀為上管用酸清洗、有麻點(diǎn)，在下面（未清潔）的管道中被氧化鐵覆蓋（圖6）。由于霧化器負(fù)荷不足導(dǎo)致除氧器運(yùn)行不良，同時(shí)由于對鍋爐水中亞硫酸鹽含量的存在偏差，導(dǎo)致亞硫酸鹽用量不足。改善措施有：①更換；②進(jìn)行化學(xué)清潔，阻止鍋爐其余部分腐蝕惡化；③降低負(fù)載來優(yōu)化除氧器的霧化；④定期檢查除氧器的運(yùn)行參數(shù)。

6 結(jié)束語

鍋爐的氧腐蝕是一種普遍的鍋爐損傷形式，關(guān)系到鍋爐是否平穩(wěn)運(yùn)行，所以在設(shè)計(jì)、制造、安裝、改造、使用管理以及檢查、保養(yǎng)等方面都應(yīng)該引起足夠的關(guān)注。在設(shè)備的設(shè)計(jì)和施工過程中，要盡可能地避開可能導(dǎo)致氧腐蝕的環(huán)境，在使用中要針對實(shí)際狀況進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的分析，找出導(dǎo)致氧腐蝕的原因及存在的安全隱患，及時(shí)制定措施和解決方案，以保證鍋爐安全、平穩(wěn)運(yùn)行。