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锅炉汽水系统的腐蚀、结垢及保护介绍

发布时间：2011/5/18 阅读次数：1531 字体大小: 【小】【中】【大】

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锅炉汽水系统的腐蚀、结垢及保护介绍

这里所指的锅炉汽水系统包括汽包、水冷壁、下降管及其联箱、过热器管道。对锅炉汽水系统而言，存在二个问题：腐蚀、结垢。

腐蚀问题：

1．氧腐蚀：正常情况下不存在氧腐蚀。因为给水中即使含微量氧，在省煤器中也被消耗完了。除非除氧器运行不正常或在基建或停炉期间保养不善。腐蚀机理同给水系统。

2．沉积物下腐蚀：正常情况下，锅内金属表面覆盖有Fe3O4保护膜。其机理是：

3Fe 3Fe＋ 4H2O Fe3O4 ＋4H2 (约>300℃时开始发生)

如果炉水pH值低（<8），pH越小，腐蚀越快。原因是由于H＋其到去极化作用，而且反应产物都是易溶的，不易形成保护膜。

如果炉水pH值高（>13），pH越大，腐蚀越快。原因是金属表面的Fe3O4保护膜溶于碱溶液而引起。机理：

Fe3O4＋4NaOH 2NaFe O2 ＋ Na2Fe O2＋2H2O

Fe＋ 4NaOH Na2Fe O2＋ H2

Na2Fe O2 溶于碱性溶液。

即使如正常运行条件一样，炉水的pH值经常能保持在正常的9～11之间，一旦因金属表面发生结垢，出现沉积物（在向火面），那么因沉积物下炉水在高温下发生蒸浓作用，使该部分炉水被高度浓缩，从而具备很强的腐蚀性，也会使锅炉金属遭到侵蚀。这类腐蚀的机理有二种可能：

（1）酸性腐蚀：炉水中因凝汽器泄漏存在MgCl2和CaCl2时，发生下列反应：

MgCl2＋2H2O Mg（OH）2 ＋ 2HCl

CaCl2＋ 2H2O Ca（OH）2 ＋ 2HCl

HCl（盐酸）有很强的腐蚀性，使铁受腐蚀。其腐蚀机理属电化学反应，前面已介绍。

这是一方面，另外铁受腐蚀同时产生了H2，但由于沉积物阻碍了它的扩散，这部分氢与碳钢组织中的碳化铁发生反应：

Fe3C＋ 2H2 3Fe ＋ CH4

致使碳钢脱碳，金相结构缺损，形成细小裂纹，金属变脆。严重时管壁未变薄就爆管，俗称氢脆。

（2）碱性腐蚀：炉水中如存在游离NaOH，同样会在沉积物下因浓缩形成浓度很高的OH－，与沉积物外部的炉水相比，OH－浓度高，H＋浓度小，因此构成浓度电池，发生电化学反应，沉积物下发生阳极反应，金属被腐蚀，没有沉积物的管壁上发生阴极反应，生成H2，并无阻拦地进入炉水，因此并无造成氢脆的危险，但阳极被腐蚀，形成凹凸不平的腐蚀坑。

游离NaOH的主要来源：凝汽器渗漏带入的碳酸钠和碳酸氢钠分解，或碳酸盐硬度与磷酸盐反应。

因此引起沉积物下腐蚀的条件是：1、结垢性物质带入锅炉；2、凝汽器泄漏；3、补给水水质不良

3．水蒸汽腐蚀：当蒸汽温度大于450℃时，发生反应：

3Fe ＋ 4H2O Fe3O4 ＋4H2

在形式上与300℃时在水冷壁发生的反应一样，但大于450℃时形成的Fe3O4不致密，不能形成保护膜，即使形成，当热负荷和温度波动很大时，也会被破坏

当蒸汽温度大于570℃时，反应产物为Fe2O3：

Fe Fe＋ H2O FeO ＋H2

2FeO ＋H2O Fe2O3 ＋H2

腐蚀部位：锅炉水循环不良，发生汽塞或水汽分层处；过热器、再热器管子。

4．应力腐蚀：有腐蚀疲劳、应力腐蚀开裂、苛性脆化几种。

水垢和水渣问题：

水垢的化学组成比较复杂，但一般可分为钙镁水垢、硅酸盐水垢、氧化铁水垢、磷酸盐水垢、铜垢。水垢导热性很差，水垢的存在使水冷壁管金属温度远远超过设计温度，造成爆管，同时易造成沉积物下腐蚀。

1. 钙镁水垢：形成原因是水中钙、镁盐类的离子浓度积超过溶度积，从而使它们从溶液中结晶析出并附着在受热面。钙、镁盐类的离子浓度积超过溶度积的原因可能有①水温提高，某些钙、镁盐类在水中溶解度下降；②炉水蒸发，水中盐类浓度增加；③水中某些钙、镁盐类所热发生化学反应，产生难溶于水的物质。

防止手段：彻底清除水中硬度；保证凝汽器严密，有泄漏及时处理；加磷酸盐处理水质。

2.硅酸盐水垢：形成原因是给水中铝、铁和硅的化合物含量较高（以地表水作为原水，预处理不善；凝汽器泄漏带入），在热负荷高的炉管中形成硅酸盐水垢。

防止手段：对补给水进行除硅处理；防止凝汽器泄漏。

3．氧化铁垢：形成原因：①炉水中铁的化合物沉积在管壁上，形成氧化铁垢②炉管上腐蚀产物转化为氧化铁垢。

防止手段：减少炉水中含铁量；防止锅炉金属腐蚀。

4．磷酸盐铁垢：形成原因：炉水中含铁量和含PO43－量太高。

Fe（OH）2＋Na3PO4 NaFePO4＋ 2NaOH

从化学反应平衡的角度来分析，炉水中NaOH浓度高可以抑止磷酸盐铁垢的生成，PO43－浓度低可以防止结垢发生。因凝汽式机组炉水中NaOH浓度低，因此可行的防止方法就是：严格控制炉水中PO43－浓度，不超限；降低给水中铁含量。对分段蒸发汽包，应控制浓缩倍率，防止局部PO43－浓度过高。

某些汽包锅炉在运行中存在一种易溶盐隐藏的现象。即当锅炉负荷增加，炉水中某些易溶钠盐的浓度明显降低，而负荷减少时增加。引起浓度变化的原因是锅炉负荷增加，这些盐类从水中析出，沉积在炉壁上，导致浓度下降；负荷减少时，这些沉积物又被溶解，浓度上升。因此浓度下降时必有盐类附着物产生。与结垢类似，造成工作传热不良，腐蚀。造成浓度变化的机理是某些盐类（如Na3PO4、Na2SO4、Na2SiO3）溶解度随温度的关系曲线在某一温度时迅速下降；而锅炉负荷升降时，炉水温度也随之变化，提供了析出的条件。另外锅炉运行中局部存在地膜状沸腾、汽水分层、自由水面、循环倒流等也会造成该区域盐类浓度上升。

炉水的磷酸盐处理

为了防止产生钙垢，往往采用向炉水加磷酸盐的方法，使炉水维持一定的PO43－浓度，并使炉水处于碱性氛围（pH在9～11）。发生反应：

10Ca2＋＋ 6PO43－＋2OH- Ca10(OH)2(PO4)6 (松软的水渣)

炉水中维持一定的PO43－过剩，可以使Ca2＋浓度非常小，抑止了CaSO4、CaSiO3的浓度，避免出现钙垢。但PO43－过剩量不宜太多，否则增加炉水含盐量；在炉水含铁量较大时，有产生磷酸盐铁垢的可能；高压锅炉中易发生Na3PO4隐藏的现象；有生成二次水垢Mg3(PO4)2的可能。

一般炉水中PO43－含量为：

锅炉压力不分段蒸发分段蒸发净段盐段

6～17MPa 2～10 mg/L 2～10mg/L ≯75mg/L

在水净化设备比较好的机组，其控制指标更低。凝汽器紧密性较差或泄漏频繁的机组不宜采用低浓度磷酸盐控制方式。

加磷酸盐的位置一般在汽包，但这样加药容易使汽包内含盐量剧增影响蒸汽品质。也有加在给水中，但容易造成省煤器部位大量水渣；在给水管道、加热器、省煤器中生成磷酸盐水垢；给水不能作喷水式减温，防止蒸汽含钠盐量会剧增。

还有在加磷酸盐的同时，加其它药品如磷酸氢盐的：协调－磷酸盐处理。这主要是为了消除炉水中游离NaOH，防止碱性腐蚀。反应方程式：

Na2HPO4 ＋NaOH ＋NaOH Na3PO4 ＋H2O

从平衡的角度来看，加入足够的Na2HPO4 ，就可以消除游离NaOH，但研究发现当Na3PO4发生隐藏时，管壁上有附着物Na2.85H0.15PO4，管壁边界层存在游离NaOH。研究还发现当磷酸盐溶液中Na＋的摩尔数与磷酸根PO43－摩尔数之比R小于2.85时，即使发生磷酸盐隐藏现象，管壁附近也不产生游离NaOH。R的数值大小反映了溶液中Na3PO4 （Na/ PO43－为3）和Na2HPO4（Na/ PO43－为2）的混合比例。

此外为防止管子受酸性腐蚀。应保证R大于2.2。对超高压锅炉、除盐水作为补给水、水质较好的机组，R的值可以根据炉水pH值（25℃）及PO43－浓度查图得到。如果凝汽器不严密或泄漏频繁的情况下，三者的对应关系无法用查图得到，该方法就无法用了。

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