锅炉的腐蚀与防腐.ppt

锅炉专业基础-金属腐蚀,金属腐蚀的基本内容和基本要求,一、金属腐蚀机理科目A了解化学腐蚀、电化学腐蚀的概念二、锅炉常见的腐蚀形态科目A了解全面腐蚀和局部腐蚀的概念；了解局部腐蚀所包括的腐蚀形态（点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等）；掌握氧腐蚀、垢下腐蚀、露点腐蚀、硫腐蚀、钒腐蚀、苛性脆化的腐蚀机理和条件、三、金属腐蚀的防护科目A锅炉常用的防腐蚀方法,一、金属腐蚀概论,1.腐蚀：材料与环境发生反应而引起材料的破坏或变质。金属腐蚀：金属的表面和周围介质发生化学或电化学作用而遭到破坏的现象。2.金属腐蚀的分类：按腐蚀原理：化学腐蚀、电化学腐蚀；按形态：均匀腐蚀、局部腐蚀；金属腐蚀比较直观实用的分类方法是根据金属腐蚀破坏形态来分类：a、全面腐蚀b、电偶腐蚀c、孔蚀d、缝隙腐蚀e、选择性腐蚀f、晶间腐蚀g、磨损腐蚀h、应力腐蚀破裂i、腐蚀疲劳j、氢损伤,一、金属腐蚀概论,锅炉的腐蚀与防护,3.晶间腐蚀奥氏体和铁素体不锈钢特有的一种腐蚀形式在晶界及附近区域发生选择性腐蚀主要危害使金属破碎、强度丧失,一、金属腐蚀概论,应力腐蚀裂纹形貌特征,一、金属腐蚀概论,4、化学腐蚀化学腐蚀：金属与周围介质发生化学反应而引起的金属腐蚀。特点：腐蚀过程中没有电流产生。例如：蒸汽对锅炉过热器管的腐蚀2MeO22MeO,Fe2O3,Fe3O4,Fe,570以下,570以上,Fe2O3,Fe3O4,Fe,FeO,一、金属腐蚀概论,5、电化学腐蚀电化学腐蚀：金属在电解质溶液中，由于金属表面发生原电池作用而引起的腐蚀。例如：氧腐蚀，酸性腐蚀金属在潮湿环境或在水中，易发生这类腐蚀。,海水,石墨,碳钢,石墨和碳钢构成的腐蚀原电池,一、金属腐蚀概论,碳钢的电位低，构成了腐蚀电池的阳极，也称负极产生了氧化反应失去了电子：FeFe22e石墨的电位高，构成了腐蚀电池的阴极，也称正极，产生了还原反应，得到了电子：O22H2O4e4OH特点：两个不同的电极反应在不同的区域（微阳极和微阴极）上进行，而且有电流流过金属本身，在微电池中，阳极过程就是金属的腐蚀过程。,一、金属腐蚀概论,6、腐蚀的共同特性：从热力学角度，腐蚀过程是晶界由不稳定向稳定转变的自发过程；绝大多数的腐蚀过程都是化学、电化学过程；绝大多数的腐蚀发生在与介质接触的金属的表面。7、腐蚀危害：缩短锅炉使用寿命，造成经济损失；引起事故，影响锅炉安全运行；增加水中金属离子含量，引起受热面结垢。,一、金属腐蚀概论,三、电化学基本知识1、电极电位金属表面和溶液之间存在的电位差称为FeH2O-Fe2.H2O2e2、气体电极3、平衡电位（可逆），非平衡电位（不可逆）4、原电池：化学能转换为电能的系统腐蚀电池：由原电池引起的金属电化学腐蚀5、电动势：原电池两极间的最大电位差6、极化：电位差降低，减缓腐蚀；去极化：使极化作用减小，加速腐蚀；7、保护膜：阻碍金属腐蚀的保护膜、8、腐蚀速度的两种表示方法,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,（一）溶解氧腐蚀原理：铁和氧发生电化学腐蚀特征：出现小鼓包（二）二氧化碳腐蚀原理：酸性物质引起氢去极化腐蚀特征：金属均匀变薄（三）氧+二氧化碳腐蚀特征：没有腐蚀产物，腐蚀速度很快,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,（四）沉淀物下的腐蚀防止方法：防止炉管上形成沉淀物、控制水质（五）水蒸气腐蚀产生条件：450以上,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,（六）应力腐蚀特点：应力和腐蚀介质共同作用锅炉应力腐蚀主要有：应力腐蚀破裂、碱脆、氢脆和腐蚀疲劳。1、应力腐蚀破裂应力腐蚀破裂是受拉应力的材料和特定的腐蚀介质的共同作用而产生的一种脆性破坏。产生条件和影响因素：应力：拉应力。材料：金属对应力腐蚀破裂的敏感性环境：温度、成分、浓度和PH值发展过程：裂纹的形成、扩展、断裂形态特征：脆性断裂,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,2、锅炉的碱脆碱脆：碳钢在NaOH溶液中产生的应力腐蚀破裂特点：产生条件：浓碱+拉应力防止方法：消除碱脆产生的条件3、锅炉的氢脆氢脆：氢扩散到金属内部使金属产生脆性断裂氢脆不是应力腐蚀破裂防止方法：减少金属和水质中的氢,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,4、锅炉的腐蚀疲劳腐蚀疲劳：腐蚀介质+交变应力腐蚀疲劳与应力腐蚀破裂的区别防止方法：减少交变应力，降低介质腐蚀性，做好停炉保护,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,（七）烟气侧腐蚀锅炉不仅水侧会发生腐蚀，烟气侧也会发生腐蚀。水冷壁、过热器管、再热器管、省煤器管和空气预热器的烟气侧，受烟气或悬浮于其中的灰分的作用，会发生不同程度的腐蚀。这种腐蚀包括高温氧化、熔盐腐蚀和露点腐蚀，前两种腐蚀为高温腐蚀，露点腐蚀称为低温腐蚀。烟气单纯的氧化不会引起管壁的严重破坏，因为钢表面有一层保护膜，使钢的氧化速度受到一定的限制，因此，我们着重讨论熔盐腐蚀和露点腐蚀。,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,高温腐蚀主要指熔盐腐蚀，其特点为：熔盐有很高的导电性，对金属有腐蚀作用。它有两种形态，一种是金属溶解于盐之中，会生成一种络盐。另一种是金属被氧化，金属以离子状态溶解，它与水溶液的腐蚀相类似，属于电化学腐蚀。这是熔盐腐蚀的主要形式，尽管熔盐的温度、电导率与水溶液不同，但熔盐腐蚀的电化学性质和水溶液中的电化学性质相似。熔盐体系和水溶液相比，它的电导率高，对电极反应的阻力小。所以，在相同的电位差下，熔盐的腐蚀速度大。在熔盐体系中，往往是氧化剂的迁移速度成为整个腐蚀的控制步骤。,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,1、锅炉的高温腐蚀1）硫腐蚀硫腐蚀包括硫酸盐腐蚀和硫化物腐蚀水冷壁管烟侧的硫酸盐腐蚀：引起水冷壁管烟侧的硫酸盐腐蚀的物质，是下硫酸盐和焦硫酸盐。它们的腐蚀机理是不同的。A：硫酸盐的机理为水冷壁管温度在310-420度，管壁由于氧化形成三氧化二铁层。燃烧时升华出来的碱金属氧化物凝结在管壁上，与烟气中的三氧化硫反应生成硫酸盐，粘附于管壁上并捕捉灰粒，粘结成灰层。,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,于是灰表面温度上升，外面形成渣层，最外层为流层。烟气中的三氧化硫能够穿过渣层，在管壁和灰渣层的接触面，与三氧化二铁反应，然后，管壁上再形成新的三氧化二铁层。这样管壁受到腐蚀。B：焦硫酸盐的机理为管壁结渣中的硫酸盐与三氧化硫反应生成焦硫酸盐，它在310-400度的范围内成熔化状态，腐蚀性很强，与管壁的氧化层反应，只要有5%的焦硫酸盐存在，管壁将受到严重腐蚀。在固态排渣的炉壁附近气体中三氧化硫不多，不易生成焦硫酸盐，不会造成严重的腐蚀。,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,过热器和再热器烟侧的硫酸盐腐蚀：引起过热器和再热器烟侧腐蚀的物质是铁、钠的硫酸盐M3Fe(SO4)3。熔融状态的M3Fe(SO4)3可以通过腐蚀产物层到达金属表面，它与金属基体直接反应，先生成FeS，FeS再和氧作用生成SO2和Fe3O4反应产物SO3可以氧化为SO3，所生成的SO3又和飞灰中的Fe2O3、反应产物M2SO4起化学作用，生成M3Fe(SO4)3继续腐蚀金属。因此少量的腐蚀剂液态M3Fe(SO4)3的，在有氧的情况下可腐蚀大量的金属,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,这种腐蚀只有在550-710度之间才起作用，在燃用固体燃料的锅炉中，汽温参数为540-565度的锅炉过热器和再热器出口部分，M3Fe(SO4)3处于熔化状态，管外壁腐蚀速度为1mm/s。腐蚀大部分在迎风面，腐蚀处外壁面为Fe3O4及硫化物，外层为碱金属硫酸盐，最外层为沉积的飞灰。,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,硫化物的腐蚀：燃料中的FeS2在燃烧过程中会引起锅炉管壁腐蚀。因FeS2分解产生FeS和S，S和Fe反应生成FeS，管壁受到腐蚀。同时FeS在高温下又能和氧反应生成SO2和Fe3O4，加速成硫酸盐的腐蚀，燃料中的单质硫在燃烧中生成H2S，它可通过疏松的Fe2O3，与较致密的Fe3O4中FeO的作用，使保护层破坏，引起腐蚀。,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,硫腐蚀的防止：防止水冷壁的腐蚀有A：改善燃烧条件，过剩系数不宜过小，防止管壁接触管壁。B：控制管壁温，防止管内结垢和水冷壁局部热负荷过高。C：引入空气，使炉膛贴壁处有一层氧化性气膜，以便冲淡烟气中的SO2浓度并且使结积层中分解出来的向外扩散而不向内扩散。防止过热器和再热器烟侧高温腐蚀的措施有a)限制过热汽参数。,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,b)在布置过热器时，应注意蒸汽出口段不要布置在烟温过高的部位。2）钒腐蚀钒腐蚀主要发生在燃烧含钒、钠较高的燃油机组上，这里不作介绍。2、低温腐蚀锅炉尾部受热面的壁温低于烟气露点时，遭受烟气的腐蚀，这种腐蚀称为低温腐蚀，也叫露点腐蚀。对于中压以上的锅炉中，这种腐蚀主要发生在空气预热器上。,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,1）低温腐蚀的特点燃料中的硫燃烧产生的SO2其中有一部分进一步氧化变为SO3，它在低温部位和水蒸汽作用下凝聚成硫酸，使受热面发生严重的腐蚀。其发生条件为：烟中有SO3，且壁温低于露点。影响因素有：烟气露点；管壁凝结的酸量；管壁凝结的酸浓度；管壁的温度四大因素。,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,2）烟气露点与低温腐蚀的关系烟气露点随着烟气的SO3含量的增加而升高。当SO3含量为0时，它取决于烟气中的水蒸汽分压。当H2SO4含量增加时，露点上升。烟汽中只要含有小量的H2SO4蒸汽，就会使其露点大大超过纯水的露点，这时必须提高排烟温度，或采取其它措施，否则会引起受热面的严重腐蚀。如当烟气中只要含有0.001%的SO3，就可以使露点提高到130度以上。,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,而影响SO3生成量的因素有：燃料含硫量；过剩空气系数，过剩系数越大，SO3生成量越多，当低于1.05时,生成量将显著减少,接近或少于其危害程度；燃烧工况，火焰中心的温度高有利于SO3生成，反之则少，末端温度高，形成的SO3又分解了，末端温度低则形成的SO3多，如果火焰拖得过长，延伸到炉膛出口，末端温度低，使SO3生成量多，因此，为了降低SO3量，火焰中心的温度不宜过高，火焰不宜拖得过长；燃烧方式；,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,3）管壁温度对腐蚀的影响管壁温度对腐蚀速度有不定一定的规律，对于高含硫燃料，安全区的上限为100105度，它的下限温度比水蒸汽的露点高2030度。4）低温腐蚀的防止方法（1）低氧燃烧；（2）使用添加剂，对燃油可加白云石粉，对燃煤炉长期燃烧高硫煤时可加氨，加氨点的温度在200600度之间，并加足氨量）；（3）提高受热面壁温，使壁温在烟气的露点以上。一般采用热风再循环及暖风器哑提高空气预热器入口的空气温度。,二、锅炉系统中常见的腐蚀形式,（4）采用耐腐蚀的金属或非金属材料以及非金属的敷层材料，以提高受热面的耐腐蚀性能。如硼硅耐热玻璃代替钢管等。,三、金属腐蚀的影响因素及防止方法,电化学腐蚀取决于内因（如金属种类、结构、杂质和内应力）和外因（如介质含盐量、含氧量、PH值、温度和流速）。外因：1、溶解氧量（含氧量对腐蚀速度的促进和减弱）2、PH值（过低或过高都会破坏金属表面的保护膜）3、盐的影响4、Fe和Cu离子（加速腐蚀）5、温度的影响（密闭系统中，温度升高，腐蚀速度加快）,三、金属腐蚀的影响因素及防止方法,6、热负荷7、流速的影响（速度越快，腐蚀越快）防止方法：1、合理选材2、水质调节3、形成表面保护膜4、其他,四、给水的除氧,除氧方法：1、热力除氧2、真空除氧3、化学除氧4、解析除氧、5催化树脂除氧,五、停用锅炉的腐蚀的保护,（一）停用锅炉腐蚀产生的原因锅炉停用后，外界大量的空气