HBX-Microsoft Word 文档.doc

浅谈低压锅炉的氧腐蚀问题及防护措施摘要：低压锅炉在运行中的腐蚀主要是氧腐蚀，本文简要阐述了低压锅炉氧腐蚀的特征、机理、影响因素、危害以及对锅炉氧腐蚀的部分防治方法。文章主要介绍低压锅炉除氧的多种方法，简单的介绍了其它防止氧腐蚀的方法。最后阐述了低压锅炉除氧对其安全经济运行的意义。关键词：低压锅炉、氧腐蚀、锅炉除氧、除氧剂锅炉是一种生产蒸汽和热水的机械设备，在国民经济中中占有重要的地位。但是，在我国，低压锅炉在运行中的氧腐蚀问题是相当严重的，这是由于锅炉在运行中需要补水，而锅炉给水中的溶解氧基本是饱和的，在锅炉中性或者碱性环境中，势必会发生氧腐蚀。如果锅炉的给水除氧不力，很容易造成炉体腐蚀，这样不仅会使锅炉报废，而且还会引发事故。因此，在认识锅炉氧腐蚀原因的基础上，实施有效的除氧措施，一定会对防止锅炉的氧腐蚀产生显著地效果，同时对锅炉的安全运行和经济运作也会有明显的提高。1、氧腐蚀的特征低压锅炉的腐蚀可以发生在炉前系统、炉本体以及炉后系统。尽管，水垢沉积、二氧化碳等也会造成腐蚀，但是，给水、炉水或凝结水中氧的存在是腐蚀产生的主要原因。锅炉发生氧腐蚀时，在金属表面会形成许多疏密不均的小鼓包，其直径由2mm到40mm不等，这种腐蚀称为溃疡腐蚀。小鼓包表面颜色由黄褐色到砖红色不等，腐蚀产物是各种形态的氧化铁，次层是Fe3O4的黑色粉末或黑水，这些都是腐蚀产物。腐蚀产物脱落后，腐蚀表面会出现形状不规则、深浅不一的凹坑，严重部位会产生穿孔。 2、氧腐蚀的机理 低压锅炉的氧腐蚀是一种电化学腐蚀，又称去极化腐蚀。由于锅炉水是一种有极性的电解质，在水的极性分子的吸引下，钢材表面的一部分铁原子，开始移入炉水而成为带正电的铁离子，而钢材上保留多余的电子带负电荷。若铁离子不断进入炉水，则使钢板(管)上逐渐出现坑洞，产生了腐蚀。腐蚀是发生在铁和氧之间的自发的电化学过程，其反应式有：阳极：Fe Fe2+ + 2e- 阴极：1/2O2 + H2O + 2e- 2OH- 总反应：Fe + 1/2O2 + H2O Fe(OH)2 除此之外，锅炉中的溶解氧还会与Fe(OH)2反应生成Fe(OH)3沉积下来成为更复杂的腐蚀产物。因为水中的溶解氧是阴极去极化剂，即：O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 所以氧腐蚀速度与水中溶解氧的含量成正比（如图1）。 由于溶解氧本身是阴极去极化剂，对金属的危害十分严重。 3、氧腐蚀产生的原因以及影响因素3.1 炉水中溶解氧含量的影响炉水中溶解氧的存在是造成氧腐蚀的一个主要原因。而低压小容量锅炉的给水大多都未经过除氧，因此给水会将大量的氧气带进锅炉内。有关资料表明，当溶解氧质量分数在1.010-8时，氧腐蚀速度约为0.03mm/a，这样就可使锅炉寿命达到三十余年；而当氧的质量分数在810-6时，腐蚀速度为1.2mm/a，这样锅炉的使用寿命将大大缩短。只要能有效地控制水中氧含量就一定能防止氧腐蚀。3.2 炉水pH的影响当炉水pH5时，主要发生酸腐蚀，在有溶解氧存在时，氧腐蚀和酸腐蚀相互促进，会加重金属的腐蚀速度；当5pH10时，主要发生着氧的去极化和氢氧化亚铁被氧化的反应，但腐蚀速度是较稳定的；当10pH12时，金属的腐蚀会逐渐降低。3.3 水温度的影响 炉水的温度高，钢材表面温度也高，按照化学动力学规律，则Fe2+在水溶液中的扩散速度加快，电解质水溶液的电阻降低，因而腐蚀速度加快。对低压锅炉来说，其炉水加热系统属于开式系统，所以当温度升高时，部分氧气被除去，这样，腐蚀速度与水的加热温度就必然出现一种先上升，到一定程度后再下降的关系，实验数据表明，水温在6570时，均匀氧腐蚀最严重；水温90100时，局部腐蚀最剧烈。3.4 其他影响因素除了水中溶解氧的含量、炉水的pH和水温以外，水流速度、锅炉系统的运行以及停炉保养也会影响锅炉的氧腐蚀。 4、低压锅炉氧腐蚀的防治方法4.1 炉水除氧方式介绍4.1.1 热力除氧热力除氧的根据是气体溶解定律（亨利定律），任何气体在水中的溶解度与在气水界面上的的气体分压力及水温有关，温度越高，水蒸气的分压越高，而其他气体的分压越低，当水温升高至沸腾时，其他气体的分压为零，则溶解在水中的其他气体的量也就为零。热力除氧器分为大气式除氧器（其工作压力略高于大气压，约0.118MPa，水温在104左右，主要用于小型电站和工业锅炉中）、中压除氧器（工作压力约0.412MPa,水温在145左右，主要用于一般的火力发电厂和中型热电站）、高压除氧器（工作压力大于0.49MPa，水温大于158，主要用于高参数的火力发电厂）。热力除氧的效果良好，但是设备购置费用大、不好操作、能量消耗大、运行费用高。4.1.2 真空除氧真空除氧原理与热力除氧基本相同，除氧器在低于大气压力下工作，利用压力降低水的沸点，水处于沸腾状态而使水中的溶解氧析出。在20t/h以上的锅炉由于出水温度低于蒸汽锅炉的进水要求，因此很少采用真空除氧。虽然，真空除氧要求的除氧温度比热力除氧低，但是，大部分热力除氧的缺点仍存在，并且对喷射泵、加压泵等关键设备的要求较高。4.1.3 铁屑除氧其原理是当有一定温度的水通过铁屑时，水中的氧即与铁发生反应，在此过程中氧被消耗。该方法除氧设备简单，投资少，但存在着除氧效果波动大、装置失效快等缺点。因而该方法已经逐步被淘汰。4.1.4 解吸除氧该方法同样是利用亨利定律，氧在水中的溶解度与所接触的氧分压成正比，只要把准备除氧的水与以脱氧的气体强烈混合，则溶在水中的氧将大量扩散到气体中，从而可达到除去水中溶解氧的目的。该方法的优点是可低温除氧、不需要太复杂化学药品，只需木炭、焦炭即可，但是该方法除氧效果不稳定，并且只能除氧不能除其他气体，用木炭作反应剂时水中的CO2会增加。4.1.5 树脂除氧树脂除氧是在除氧器中加还原树脂与水中溶解氧反应，同时生成除氧水。树脂失效后用水合肼等可再生，用该方法除氧得到的蒸汽和热水不能与饮用水和食物接触，且投资和占地均较大，不宜在工业锅炉上推广应用。4.1.6 化学除氧剂化学药剂除氧是把化学药剂直接加入锅炉本体、给水母管或者热水锅炉的热水管网中。化学除氧剂主要有传统的亚硫酸钠、联氨以及新型的二烷基酮肟、乙醛肟、异抗坏血酸钠等。化学药剂除氧具有装置简单、操作便捷、投资省、除氧效果稳定且可满足深度除氧的要求，特别是新型高效除氧剂的研发和成功使用，克服了传统化学药剂的有毒有害、药剂费用高等缺点。下面分别举例说明传统除氧剂和新型除氧剂的优缺点。 （1）传统除氧剂亚硫酸钠（Na2SO3） 亚硫酸钠和氧的反应方程式为: 2Na2SO3 + O2 2Na2SO4 亚硫酸钠具有除氧速度快、除氧效率高以及在较低温度下也有除氧能力的优点，但是，它也有明显缺点。亚硫酸钠与氧的反应速度受pH值、温度及催化剂等因素影响，一般需要加入过量才能应付锅炉运行的波动；同时，亚硫酸钠与氧反应生成稳定硫酸盐，增加了炉水中的可溶性固形物，会使水质劣化，锅炉需要增加排污次数，这样导致了化学药品的浪费和燃料费用的增加；当锅炉工作压力高于6.2MPa时，亚硫酸钠会分解，生成具有腐蚀性的硫化氢和二氧化硫，而且这些气体随水蒸气一道排出，会引起后续设备的腐蚀:Na2SO3 + 2H2O 2NaOH + H2SO3 H2SO3 H2O + SO2而且亚硫酸钠还可能自身发生氧化还原反应，生成硫酸钠和硫化钠： Na2SO3 Na2SO4 + Na2S上述反应生成二氧化硫、硫化钠均有腐蚀性，因此使用亚硫酸钠作为除氧剂，实际是一种腐蚀代替另一种腐蚀。此外，将含有亚硫酸钠的给水作为减温水喷入过热蒸汽来调节温度时，会导致在过热蒸汽集气联箱和汽轮机中硫酸钠等盐类沉积；再者，亚硫酸钠对金属无钝化保护作用。（2） 新型除氧剂TGSATGSA除氧剂是由有机磷酸阻垢剂、吸附分散剂、有机淤渣调节剂和有机除氧剂等复配而成，其除氧和缓蚀主要通过有机除氧剂R1R2CNOH实现的。R1R2CNOH具有低用量、低毒性、排放物污染以及对锅炉水汽系统无不良影响等优点。R1R2CNOH有很强的还原性，与水中的溶解氧反应速度快，除氧较完全，可作为很好的除氧剂；它能在钢表面形成良好的氧化保护膜，可钝化金属表面，有效的延缓锅炉的腐蚀；它还能给谁的铁含量，防止锅炉因氧化铁沉积而引起金属管过热和腐蚀损坏。主要反应如下：2R1R2CNOH + O2 2R1R2CO + 2NO + H2O2R1R2CNOH + O2 + 6Fe2O3 4Fe3O4 + 2R1R2CO + N2O + H2OTGSA除氧剂在天津染化五厂、天津近代化学厂和塘沽供热公司的应用监测具体腐蚀挂片数据如下表（加药质量分数为1.010-4，给水为软化水）： 表中数据表明，锅炉使用TGSA除氧剂，腐蚀率低于国家规定标准0.125mm/a。这表明，TGSA能够有效除去水中溶解氧，钝化金属表面，防止锅炉的腐蚀。4.2 保证炉水pH在合理的范围 按GBl5762001规定，炉水pH应保持在1012之间，但其前提是在给水进行了充分除氧时，才能保证腐蚀程度较弱。目前，从运行锅炉的实际情况来看，大多数锅炉未配除氧设备，即使配有除氧器的，运行效果也不理想，在这种情况下，就不能死套水质标准，而要根据实际情况调整pH值的范围，因此，pH应该保证在710之间，只有这样腐蚀程度才比较弱的。4.3 控制水温，使之避开腐蚀的最大值区域由前面论述可知，在开式系统中，当水温强6570时均匀腐蚀最强烈，温度在90100 之间时，局部腐蚀最剧烈。因此，对热水锅炉和蒸汽锅炉的省煤器而言，在设计中或选用时应考虑到这一因素，对热水锅炉应尽量采用高温热水采暖，从而避开90100 时的腐蚀区域；对蒸汽锅炉的省煤器来讲，出水温度应尽量低(T100 )，以避免氧腐蚀，实际上我国标准中规定的省煤器出水温度已经满足了这一点。4.4 水流速度 当流速增加时，氧气扩散到金属表面的量也增加，使腐蚀过程加快，同时，过大的流速会造成金属破坏，产生冲击腐蚀。因此，在锅炉设计时应考虑到水流速度对氧腐蚀的影响，从而根据实际情况给定一个最佳水流速度值。4.5 运行管理 运行方面应做到：1）充分保证除氧器的运行效果，减少水中溶解氧；2）对于热水锅炉应尽量减少系统泄漏量，从而减少系统的补水量，最好使补水量控制在系统循环水量的0.5%以内；3）在热水锅炉的循环系统中设置合适有效的放气装置；4）加强水质处理和化验的监督，定时按要求排污。4.6 停炉保养由于保养不善或不保养，停炉状态下的腐蚀往往比运行状态下更严重，因此，做好停炉保养工作是防止氧腐蚀的有效途径之一，通常短期停炉采用湿保养法，长期停炉采用干保养法。 5、防止氧腐蚀对锅炉安全经济运行的意义实践证明, 低压锅炉给水系统的氧腐蚀是锅炉发生事故,造成经济损失的主要原因。如果不采取除氧措施,将会造成炉体的严重腐蚀,腐蚀产物会引起热力设备结垢或积盐,导致热效率下降,不仅使锅炉提早报废,而且严重时会发生事故。 据不完全统计,我国有约40%的锅炉存在不同程度的氧腐蚀,每年因氧腐蚀造成报废的中小型低压锅炉近千台。众所周知,锅炉的价值很高,锅炉安装以及腐蚀引起的更换部件的费用也十分惊人, 而由于停炉和锅炉事故所造成的损失更是不可估量的。因此,实施锅炉给水除氧处理,保护锅炉免遭损坏对保证锅炉安全经济运行,提高企业经济效益是至关重要的。 6、结语低压锅炉氧腐蚀的存在严重影响了锅炉的安全经济运行。因此，提高锅炉操作人员对氧腐蚀问题的认识是必要的的，同时，找到合理的除氧方法，以减少炉水中溶解氧含量是有效防止锅炉氧腐蚀的最好办法