油田热电厂注汽锅炉炉管腐蚀因素分析与控制措施

技求纵簟 周 登印： 油田热电厂 注汽锅炉 炉管 腐蚀因素 分析与控 制措施 油田热电厂注汽锅炉炉管腐蚀因素分析与控制措施 周 登 印 摘要 ：大庆油田热 电厂 注汽锅炉炉管处于高温、高压的恶劣环境工况 ，腐蚀严重，其 腐蚀 类 型 主要 为碱 腐蚀 、溶 解 氧腐 蚀 、 气蚀 、汽 水 腐蚀 和停 炉腐 蚀 。 由介 质 产 生的 腐 蚀 因素主要有 温度、流速及水处理质量 ；注汽锅 炉炉管中存在 的氧气以及锅炉水 中溶 解 的 氧 加 速 了 炉 管腐 蚀 速 率 。 为 延 缓 腐 蚀 并 减 小腐 蚀 程 度 ，提 出以 下 对 应 的 控 制 措 施 ：严 把 水质 源头 管 控 ，杜 绝 出现 不达 标 水 质 进入 锅 炉 ； 完善 运 行 参 数 ，防 止超 温 、 超 压 环 境 出现 ；将 多种 除氧 方 法 结合使 用 ，以达到 最佳 除氧 效 果 。停 炉后 采 用 TH9 0 1 法在炉管表 面形成保护膜 以隔 离氧 气，该保护法加 药量 少，成本低 ，阻止腐蚀 的概率 达到 9 9 9 以上 。 通过 控制 锅 炉给 水 水质 ，减 少锅 炉接 触 氧几 率 等措施 ，减缓 了注汽 锅 炉炉 管 的腐蚀 。 关键词：油田热电厂；注汽锅炉；炉管；腐蚀机理；控制措施 D o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 6 6 8 9 6 2 0 1 6 2 0 2 7 Cor r osi on Fa c t or s Anal ys i s and Cont r ol M eas ur e s of Boi l er Tubes i n St eam I n j e c t i on Boi l e r i n t h e 0i l f i e l d Zh ou De ng yi n A b s t r a c t ： Th e s t e a m i n j e c t i o n b o i l e r f u ma c e t u b e o f Da q i n g 0 i fi e l d t h e r ma l p o we r p l a n t i s i n h i g h t e m p e r a t ur e h i g h pr e s s ur e a n d o t he r ha r s h e n v i r on me n t a l c o nd i t i on s Th e c o r r o s i on t y p e s a r e ma i n l y a l k a l i c o r r o s i o n，d i s s o l v e d o x y g e n c o r r o s i o n，c a v i t a t i o n e r o s i o n ， s t e a m wa t e r c or r os i o n a n d s t op f u m a c e c o r r o s i o n The c or r o s i on f d c t or s pr o du c e d by t h e me di u m ma i nl y i nc l u de t e m p e r a t u r e， flo w r a t e a n d wa t e r t r e a t me n t qu a l i t y Th e di s s ol v e d o x y g e n i n t h e o x y g e n，a n d t h e b o i l e r wa t e r i n t h e s t e a m i n j e c t i o n b o i l e r f u ma c e ， t h a t h a v e a c c e l e r a t e d t he c or r os i o n r a t e o f t h e f u m a c e t u b e s 0n t h e b a s i s o f c or r o s i on f a c t o r s t a r g e t e d r e s e a r c h f r o m t he c on t r o l o f bo i l e r f e e d wa t e r qu a l i t y， r e d uc e bo i l e r o x y g e n e xp o s u r e p r ob a bi l i t y a nd i mp r o v e t h e f u m a c e p i p e a n t i c or r o s i o n p r op e r t i e s o f t h e e s s e nc e ， o ur a s p e c t s ： t he u s e o f s c i e nc e a n d t e c h no l o g y， a n d pu t s f or wa r d t h e c o r r e s p on di n g c o nt r ol me a s ur e s a i m i n g t o de l a y a n d r e d uc e t he c o r r o s i on o f a l l a s p e c t s ， t o p r e v e n t c o r r o s i on o f t h e pr o ba b i l i t y of mor e t h a n 99 9 By c on t r o l l i n g t h e wa t e r q u a l i t y o f bo i l e r a n d r e du c i n g t h e c h a nc e o f c o nt a c t w i t h o x yg e n， t he c o r r o s i on o fbo i l e r t ub e s i s r e du c e d K e y W O r d s ： o i lfi e d t h e r ma p o we r p l a n t ； s t e a m i n j e c t i o n b o i l e r ； f u ma c e t u b e ： c o r r o s i o n m e c h a ni s m ： c o n t r ol me a s ur e s 大庆油 田热 电厂是随着大庆油 田5 0 0 0 万 吨高 产而兴建的电厂。热电厂注汽锅炉是发 电供热的主 要设备 ，也是保证油 田生产正常运营的关键设备。 随着油 田发展规模的增大和用电用热的加大 ，注汽 锅炉炉管和注汽管线的腐蚀也越来越严重 ，甚至发 生锅炉炉管破裂和停机 ，不但造成巨大 的经济损 失 ，安全生产也得不到有效保障。注汽锅炉炉管由 过 渡 段 、对 流 段 和辐 射 段 组 成 ，三 段 炉 管 处 于 高 温 、高压 的恶 劣环 境 ，腐蚀 严重 。 为有效控 制大庆油 田热 电厂锅 炉炉管腐蚀损 坏 ，对炉管腐蚀机理和腐蚀影响因素进行深入地分 析 ，并提出科学有效 的控制措施 ，以缓解和控制热 电厂锅炉炉管腐蚀 ，从而降低油 田热电厂发电供热 生 产成 本 。 大庆油田热电厂 8 4 油气田地面工程 h t t p ： w w w y q t d m g c C O IT I 第3 5 卷第2 期 ( 2 0 1 6 0 2 )技术纵麓 1 腐蚀机理 锅炉主要运行介质是水 ，水质不达标容易导致 锅炉炉管接触氧 、溶解盐等而产生腐蚀结垢。大庆 油田热电厂锅炉用水水质标准及实际测试水质指标 见表 l 。由表 1 可 以看出 ，锅炉给水含氧量严重超 标 ，C l 一 浓度 比要求值 高出近 3 0 倍 ，水质硬度是标 准值的 2 倍 ，电导率偏 大 ，p H值偏低 ，这些 因素 加剧 了锅炉炉管的腐蚀 。 表 1 大庆油田热 电厂锅炉用水水质标准及实测 00 蠢誊 蠹 薯 蘩 悬 ： 浮物， ( mg L - ) 5 达标 水质 硬度， ( m m o l L ) 51 0 = 3 0 0 1 p H值 8 9 5 7 3 ( G B 工 1 5 业 7 6 锅 炉 2 0 水 0 8 质 ) 、 ： r 浓度 ( mg L - ) 小于 i 2 9 | 8 2 火l力发觑机缀及蒸 客解 氧， ( ms t ) o s z汽 2 0 o C时电导率1 ( s L ) 3 51 0 2 5 9 1 水的碱度 m mo l L )4 0 2 锅炉炉管主要材质是碳钢 ，根据运行环境分析 其腐蚀类型及腐蚀机理。 ( 1 )碱腐蚀 。当锅炉 中水 质碳酸盐碱度较 高 时 ，水 中产生较高的游离态氢氧化钠 ，导致炉管发 生应力腐蚀 ，使得锅炉水侵蚀加强 ，受到浓碱和拉 应力联合作用 ，出现应力腐蚀破裂 。该类腐蚀大 多数出现在锅炉炉管受热面，形成腐蚀坑 ，腐蚀物 主要是氧化铁 。这类腐蚀通常只发生在少数 的几根 炉 管 ，并非 全部 。 ( 2 )溶解氧腐蚀 。溶解氧腐蚀是注汽锅炉炉管 最 主要 的腐 蚀 因素 。铁 和氧形成 电极 ，反应过程 为 ： F e 一 2 e _ F e ( 氧 化反 应 ) ，0 。 + 2 H 2 O + 4 e - - + 4 F e ( 还原反应) 。铁受 到溶解氧腐蚀后产生 F e ，继续 发 生反应产生 的 F e 。 0 容 易在 金属表面形成鼓 包 ， 导 致溃 疡腐 蚀 。 ( 3 )气蚀。又称为空泡腐蚀 ，气泡在运动过程 中破裂产生冲击力导致金属表面保护膜损坏 ，造成 金属局部变形 ，多次反复出现后容易引起金属表面 疲劳。由于注汽锅炉炉管为两相流状态 ，气腐蚀更 为突 出 。 ( 4 )汽水腐蚀 。对于电厂高压注汽锅炉而言 ， 蒸汽出口温度较低 ，发生汽水腐蚀概率较小 ，并不 是锅炉炉管最主要的腐蚀形式。当炉管中铁元素和 水蒸气接触 ，在 5 0 0 o C 左右高温条件下会发生如下 反应 ：F e + 4 H 2 O F e 。 0 + 4 H 1；当温度超过 6 0 0 o C 时就会发生如下反应 ：F e + H 。 O - + F e O+ H T；2 F e + H 2 O F e 2 O 3 + H 2 T。 ( 5 )停炉腐蚀 。注汽锅炉因其特殊的结构 ，在 停 炉期 间炉管 内部 蒸 汽不 能完 全扩散 出来 ，炉管 冷 却后 内壁会产生水膜 ，当空气 中的 O 。 溶解后容易 发生 电化学腐蚀 ，其腐蚀来源为外界空气的氧进入 炉管发生氧腐蚀 、缝隙腐蚀 、点腐蚀。 2腐蚀 因素分析 ( 1 ) 由于注汽 锅 炉炉 管介 质是水 ，所 以一般 情 况下炉管腐蚀主要受水质温度 、水的流速、水处理 等影响 ，具体情况如表 2 所示。 ( 2 )从 锅炉腐蚀机理 出发 ，将氧腐蚀 、碱腐 蚀 、气蚀 、汽水腐蚀 、停炉腐蚀进行总结 ，得出锅 炉炉管主要腐蚀为氧腐蚀 。注汽锅炉炉管中存在 的氧气以及锅炉水中溶解的氧加速腐蚀速率，具体 情况 如表 3 所示 。 ( 3 )锅炉炉管发 生腐 蚀主要受水质 、炉管材 质 、防护措施管理、 日常维护等因素影响 ，从这些 方 面人手 即可遏制 腐蚀 因素 的产 生 。 表 2 锅炉炉管介质腐蚀 因素及腐蚀影响 水质温度高 温加速 电离子 反应速 度 ；局部过热致使 腐蚀加剧 ，过热还会 产生 易脱落的 F e z 。 水的流速一 般情 况下 ，流速越大腐蚀越严重 ，流速为 3m s 时腐蚀急剧增大 ；当水质平均流速达到 2 0m s 时 ，炉管腐蚀最严重 溶 解氧含量超 标 ：加 速金属腐蚀 ，产生易脱落的 F e 2 O a 水处理质量 p H值不合格：电化学腐蚀与H 有关，提高p H值可形成金属表面保护膜，l l辇 低腐蚀 溶 解盐类 物质多 ：盐 类物质 容易增强水质电导率 ，同时会破坏金属钝化膜 ，加剧 腐蚀 表 3氧腐蚀因素及腐蚀影响 溶解氧 p H值 溶解盐类 锅炉停 炉 热处理状态 统计表明，氧质量分数为8 x l 0 时，氧腐蚀速率是普通的 4 o 倍 加剧了锅炉炉管的损坏 - - p H值 7时，氧腐蚀促进金属 发生 酸腐蚀 ；p H值在 7 9 时 ，溶解氧易扩散至表面加速氧腐蚀 ；p H值 大于9时可缓解氧腐蚀 溶解 的C 1 =_ 和 S O Z - 破 坏金属表 蕊保护膜 ，加快金属腐蚀 停炉后 空气 进入炉管带来 大量氧气 ，并结合炉管表面的水膜以及沉积物 、水渣等加速氧腐蚀 碳化物进行表面球化处理，可减少炉管金属材质与氧气的接触表面积，延缓腐蚀 油气田地面工程 h t t p ： w w w g q t d m g c c o rn 85 技术纵 周登印： 油田 热电 厂注汽锅炉炉管腐蚀因素分析与控制措施 3 控 制措施 对大庆油 田热电厂锅炉炉管腐蚀从腐蚀机理及 腐蚀影响因素出发 ，有针对性地提出相应对策吲 。 3 1 强化管理 ，严格控制水质达标 ( 1 )采取措施严格控制锅炉给水水质。严把水 质源头管控 ，对水质检测不达标 的坚 决不运营锅 炉 ，同时定期检测给水水质 ，杜绝 出现不达标水质 进入 锅炉 ；水 质检 测员 和 化验 员需 经严 格培 训 和考 核取证后方可上 岗作业 ；更换新型含氧检测设备 ， 监测水中含氧量。 ( 2 )规范参数严控锅炉热负荷 。所有锅炉操作 工均要严格按照操作规程操作 ；调整燃油雾化压 力 ，确保燃烧充分稳定 ；完善运行参 数 ，防止超 温、超压环境出现 。 ( 3 )结合实际适当提高给水 p H值。大庆油 田 锅炉水 p H值为 7 3 ，可通过加入磷酸三钠和氢氧化 钠进行调整 ，适 当提高 p H值到 9 1 0 之间，以缓解 腐蚀 发生 。 3 2 脱氧处理，改善锅炉运行环境 ( 1 )热力法除氧。当水温升高时 ，降低 了气体 在水 中的溶解度 ，减少水中溶解氧。 ( 2 )过滤法除氧。采用多孔海绵铁作为介质设 备 ，增加铁和水的接触面积 ，通过氧与铁的反应减 少水 中 氧含量 。 ( 3 )化学 药 剂除 氧 。 向锅炉水 中加入 N a 。 S O 。 作 为还 原 剂与水 中溶解 氧发 生氧 化还 原反 应 ，可 以提 高除氧效率。为提高注汽锅炉炉管水中的溶解氧去 除率 ，可以将多种除氧方法结合使用 ，以达到最佳 除氧 效果 。 3 3 源 头 管控 ，提 高炉 管抗腐 蚀 能 力 ( 1 )更换炉管，选择耐腐蚀性较高的材料对炉 管进行升级 。炉管长期处在高温 、高压恶劣环境 ， 这就要求炉管钢材需含有 耐腐蚀性好的 C r 、M o 元 素 ，可考虑选用 1 5 C r Mo G、1 2 C r l Mo V G等钢材作为 炉管 材料 ，同时 严格 监测 和控 制炉 管钢 材质 量 ，避 免伤痕 、夹层 、空洞等缺陷存在 。 ( 2 )定期清理炉管 内壁结垢腐蚀物 。凡是气蚀 或汽水腐蚀必然 出现在局部位置 ，特别是炉管 内部 存在水垢或水渣的部位更容易腐蚀 。因此锅炉在使 用前进行酸洗 ，清除垢物和杂质 ，不仅可以降低热 阻 ，提高锅炉效率 ，还可以抑制腐蚀 。 3 4 技术保护 ，从原理上缓解腐蚀 ( 1 )牺牲阳极保护法 。由于氧腐蚀主要是基于 86 电化学反应 ，因此安装炉管时在弯头处焊接锌片或 铝片 ，形成 附件金属 与炉管金属的原电池 ，附件金 属 作为 阳极而发生腐蚀 ，炉管金属作为 阴极得 到 保 护 。 ( 2 )停炉保护法 。停炉后要做好必要的防腐措 施 ，避免腐蚀扩大。可采用充氮保护法，当锅炉压 力 下 降 至 O 0 5 MP a时 ， 向炉 管 中充入 氮 气 保持 0 0 3 MP a 以上压力 ，阻止空气进人 。也可是借鉴国 外先进经验 ，采用 T H 9 0 1 半干缓蚀保护法 ，在炉管 表 面形成保护膜 ，在停炉期间隔离氧气以减少氧腐 蚀 。该保护法加药量少 ，成本低 ，阻止腐蚀的概率 达到 9 9 9 以上 。 4 结 语 ( 1 )大庆油田热电厂注汽锅炉炉管腐蚀主要来 源于水质问题 ，腐蚀机理主要有碱腐蚀 、溶解氧腐 蚀 、气蚀 、汽水腐蚀 以及停炉腐蚀 。 ( 2 )对大 庆油 田热 电厂锅 炉炉管腐蚀进行