热力设备系统的腐蚀与控制课件(PPT 34页).ppt

第六节热设备系统的腐蚀和控制，锅炉及其管道的腐蚀影响锅炉和热系统的安全经济运行。 锅炉金属表面发生的腐蚀，会引起运转锅炉的故障，尽早废弃锅炉，缩短使用年限。 供水系统的腐蚀产物一被带入锅炉，就会污染锅炉的水，引起锅炉内部的水垢和腐蚀。 做好锅炉系统金属的防腐工作很重要。 一、氧腐蚀与控制二、酸碱腐蚀与控制三、铁垢腐蚀与控制三. 1、氧腐蚀与控制、氧腐蚀是锅炉系统中最常见、最严重的腐蚀。 供水一般与大气充分接触，水中的溶解氧几乎处于饱和状态，因此水流流动的管道和设备可能会发生氧腐蚀。 1、原理，铁被水中的溶解氧腐蚀是电化学腐蚀，铁和氧形成两个电极，构成腐蚀电池，其反应在阳极过程fefe22e阴极过程1/2O2 H2O 2e2OH-水中含有溶解氧，因此Fe(OH)2进一步含有Fe 根据条件的不同(温度、PH值、溶解氧含量)，更复杂的腐蚀产物，例如铁的锈瘤是mFe(OH)2nFe(OH)3pH2O或mFeOnFe2O3pH2O。 氧腐蚀的产物是铁氧化物。 这使锅炉的水质恶化。 2、腐蚀的特征，钢铁被氧腐蚀时，其表面形成许多小型鼓包，直径从1mm到20-30mm各种各样，这种腐蚀的特征被称为溃疡腐蚀。 鼓包表面的颜色从黄褐色到砖红色各种各样，二次层是黑色的粉末状物，这些是腐蚀物。 去除这些腐蚀生成物的话，就会因腐蚀而形成凹陷孔。 3、腐蚀部位、锅炉系统发生氧腐蚀的部位由水中溶解氧的含量和设备的运转条件决定，通常最容易发生氧腐蚀的部位是省炭器和锅炉补给水入口周围的烟管等高温部位。 蒸汽冷凝水被再利用的话，补给水的温度可能会变高，在这种情况下，软水罐中，供水管道容易发生氧腐蚀。 在凝结水系统中，由于凝结水罐通向大气，凝结水配管中并不总是有水，如果没有水，配管会充满空气，因此凝结水中含有很多氧。 所以，凝结水系统总是有严重的氧腐蚀。 4、氧腐蚀的控制，以耐腐蚀材料，例如铜管为复水管的铸铁为煤节约器材料的不锈钢板等为软罐内衬。 树脂涂层例如在软罐内表面涂层环氧树脂。 除水除氧是最有效的省煤器、锅炉氧腐蚀防止措施。 实际上，供水除氧对蒸汽锅炉，特别是中大型锅炉是不可缺少的。 供水除氧主要有以下方法：除热气，任何气体在水中的溶解度都与该气体在水面上的分压成比例。 水的温度越高，其中气体的溶解度就越小，这是热除氧的理论依据。 热除氧不仅能除去大部分溶解氧，还能除去水中的CO2、NH3、H2S等腐蚀性气体，不会增加供水的盐分含量。 除热器的形式多种多样，但是无论是什么样的结构的除热器，总体上都分为脱气塔和储水箱两个部分。 脱气塔的作用是将水分散在细水流或小水滴中，最大限度地增加水与蒸汽的接触面积，促进水的加热过程和气体从水的解吸过程的正常进行，保证充分的沸腾时间。储水箱的作用是通过储存一定量的除氧水，保证锅炉的水需求，在一定程度上去除深氧真空除氧、真空除氧的原理与热除氧相似，利用水沸腾状态下气体溶解度接近零的特点，去除水的溶解性气体。 因为水的沸点与压力有关，所以在常温下用真空的方法使水变成沸腾状态，可以分析水中的溶解气体。 显然，水温一定时，压力越低(即真空度越高)，水中残留气体的含量越少。化学除氧、化学除氧有两种方法。 一个是向装有还原性填充剂的塔中供水，使水中的溶解氧和还原性填充剂发生反应而消耗，或者几乎消耗。 常用的还原性填料有铁屑和还原性树脂。 化学除氧的另一种方法是在供水中加入一定浓度的化学除氧剂，使水中的溶解氧与化学除氧剂反应而降低。 化学除氧剂与供水一起进入锅炉，所以化学除氧剂必须对水蒸气循环无害。 常用的化学除氧剂有亚硫酸钠和肼。 亚硫酸钠和溶解氧的反应速度很快，而亚硫酸钠会增加锅炉的盐分含量。 高温时分解产生H2S、SO2等腐蚀性气体，有可能腐蚀蒸汽系统和结露水配管，因此亚硫酸钠适用于中小型锅炉。 肼在碱性溶液中是强的还原剂，与溶解氧的反应生成物和高温下的分解生成物在不增加锅水的盐分含量的同时，可以防止铁水垢和铜水垢的生成，但在低温下与溶解氧的反应速度慢，容易爆炸，所以有可能对人体产生癌症作用。 故连氨经常用于中高压锅炉。 近年来，国内外科学技术人员又开发了许多新的除氧剂。 这些除氧剂和肼一样不增加锅水的盐分含量，除氧速度快，对人体无害。 目前实用的有以下：二甲基酮肟、甲基乙基酮肟、乙醛肟、异抗坏血酸、卡巴肼、二乙基羟胺和氢醌。 肟类化合物、异抗坏血酸除了具有除氧作用外，也是金属钝化剂，还能还原金属氧化物，防止铁垢、铜垢的形成。 肼、脱氧原理肼是还原剂，将水中的DO还原成N2H4 O2N2 2H2O反应生成物N2和H2O对热系统无害。 除了与O2反应之外，肼还可以在高温(200以上)的水中还原Fe2O3、CuO等，6fe2o3n2h 44 Fe3o4n22 h2o3o4h 46 FeO n2h2o2n4h 42 Fe n2h2o4CuO2o n2h 4 除氧条件是水的充分温度越高，反应越快，温度低于50，肼和O2的反应速度越慢，温度超过100，反应显着变快的温度超过150，反应速度越快。 必须保持水一定的pH肼不是强还原剂，O2的反应速度与水的pH密切相关，pH为911，反应速度最大。 在水中N2H4必须有足够的剩馀量，pH和温度必须相同的情况下，N2H4的过量越大，反应速度越快，除氧所需的时间越少，但不太多的话，未反应的N2H4有可能进入蒸汽中。 由此可以看出，肼除氧的合理条件是150以上的温度、pH为911的碱性介质和适当的N2H4过量。 给药时通常使用的肼，N2H4H2O溶液的40%和N2H4的给药量，通常由从省炭器入口采集的供水水样品中N2H4的残留量控制。 通常，供水中的过剩N2H4含量可以抑制在2050g/L。 给药点N2H4大多被添加到供水泵的低压侧，即除氧器出口，有利于药液和水的混合。 亚硫酸钠、除氧原理Na2SO3也是还原剂，与水中DO反应，2Na2SO3 O22Na2SO4由上式可知，Na2SO3的除氧会增加水中的盐分含量。 除氧技术问题影响反应速度的因素Na2SO3和氧的反应速度不仅与温度、Na2SO3过剩量有关，还与水中其他物质的催化剂和阻力作用有关。 温度越高反应速度越快，Na2SO3过剩量越大反应速度越快。 Ca2、Mg2、Mn2、Cu2等对除氧反应有催化作用，有机物和SO42-会减慢反应速度。 Na2SO3的分解溶液有可能在高温下分解，如4 Na2SO33n2so4na2s (a ) na2s 2h2o2 NaOH H2S (b ) na2so3H2O2 NaOH SO2 (c )那样，锅内压力为10.78MPa的情况下，na2so 3为(c SO2和H2S等气体一进入汽轮机，就会腐蚀汽轮机的叶片和冷凝器等。因此，Na2SO3除氧只能用于中低压锅炉，高压锅炉不能除去Na2SO3氧，可以使用N2H4。 催化联苯胺，联苯胺向联苯胺中添加催化剂，大幅度提高N2H4和O2的反应速度，特别是水温低的情况下。 催化肼的催化剂多为有机化合物，主要是醌的化合物、芳胺和醌的混合物、1-苯基-3-吡唑酮、对氨基酚等一般的添加量极少。 催化肼在国外的应用比较普遍。 有机酸除氧剂、碳化二肼为肼和CO2的衍生物，除氧反应与N2H4相似，但反应分为两个阶段，(n2h3 ) 2co H2O2 H4 CO2 n2h4O2n22h2o )、肟系除氧剂，例如甲乙酮肟除此之外，该除氧反应中，肟系除氧剂也是金属钝化剂，他们与Fe2O3、CuO反应，生成保护氧化物，防止金属腐蚀， 2r1r 2c noh 6fe2o 32r2co 4fe3o4N2O H2O2R1 C2 noh4CuO2 r1r 2co 2u2o N2O H2O异抗坏血酸也是强的还原剂，具有除氧作用和失活作用的羟胺系化合物像二乙基羟胺一样强、3.2、酸、碱蚀刻和控制、1、酸蚀刻原理2、酸蚀刻部位3、碱蚀刻原理4、碱蚀刻部位5、酸、碱蚀刻控制方法、1、酸蚀刻原理、酸蚀刻是指金属是全面腐蚀，可以是均匀的或不均匀的腐蚀，一般的腐蚀速度快。 2、酸腐蚀部位，供水系统锅炉内部冷凝系统，供水系统、供水系统运行中，由于二氧化碳的大量存在，引起强烈的酸腐蚀。 特别是通过H-Na离子交换或钠离子交换添加酸处理过的供水，PH总是在7以下，这种腐蚀变得更严重。 在锅炉内部，锅炉内部的酸腐蚀发生在堆积物下，锅炉水中含有大量氯化镁、氯化钙时，这些物质在高温下水解生成强酸，在堆积物下h浓度大量蓄积，例如MgCl2 2H2OMg(OH ) 2 2HCl沉积物下的金属在酸性条件下快速腐蚀产生氢的反应如下：阳极过程FeFe22e阴极过程2h2e2hh2反应发生在沉积物下，生成的H2受到沉积物的阻碍无法立即扩散到汽水混合物的区域，因此金属管壁与沉积物之间这些氢的一部分有可能向金属内部扩散，例如碳钢中的碳化铁，在fe3c 2h2fe3e ch4中碳钢脱碳，金相组织被破坏，碳钢的脆性增大，发生所谓的氢脆性现象。 并且，反应生成物CH4在金属内部产生压力，因此在金属组织上形成龟裂。 凝汽系统的供水含有很多HCO3-碱度，一进锅，就会被热分解：2HCO3-CO32- CO2 H2O用蒸汽运送大量的二氧化碳。 蒸汽凝结后溶解在冷凝水中。 结露水是纯度高的水，因为对酸和碱的缓冲能力低，只要溶解少量的二氧化碳，就能显着降低该水的PH。 因此，复水系容易被酸腐蚀，特别是含有溶解氧的情况下，这两种腐蚀相互促进，对金属的腐蚀变得更严重。 3、碱腐蚀的原理，碱腐蚀是指游离氢氧化钠对金属的腐蚀。 由于锅炉是在高温、高压条件下运行的，此时，锅水中的氢氧化钠含量达到5-10%时，钢铁表面的氧化膜溶解，其表面失去保护作用，可能连续发生腐蚀过程。 反应式中，由于3FeO 3NaOH3NaHFeO2的NaHFeO2容易溶解在水中，因此发生该反应时速度快。 4、碱腐蚀部位，发生碱腐蚀的前提是有足够高的NaOH含量，因此即使PH=13，相当于水中的氢氧化钠也只有0.5%左右，所以锅炉不会正常发生碱腐蚀。 发生碱腐蚀的原因是锅炉内部的局部地方发生了碱的浓缩。例如，在焊接部，在这里容易混入夹杂物，金属组织也有一定的变化，即使在为NaOH浓缩带来有利条件的稀疏堆积物下等锅水滞留的地方，NaOH也在有可能被浓缩为危险浓度的水平或略微倾斜的管内产生汽水层，管壁的液膜就被浓缩碱腐蚀一般具有局部特征，呈小沟或不规则溃疡型。 5、控制酸、碱腐蚀的方法，(1)控制锅炉供水PH值的调节，(2)锅炉水PH值的调节和调节，(3)锅炉定期进行化学清洗，去除金属表面的沉积物，减少锅炉水的局部浓缩现象。 锅炉给水PH值的调节控制、锅炉给水和冷凝水PH值过低的主要原因是水中含有大量的CO2。 实践证明，供水和冷凝水的PH值在9以上时，可以良好地保持金属表面的氧化膜，防止配管腐蚀的发生。 用石灰沉淀和H-Na离子交换法处理的话，可以防止大量的HCO3-进入锅内，使CO2不被大量分解。 供水或冷凝水系统的氨处理也可以消除CO2引起的腐蚀。 反应式如下： nh3h2o co2nh4hhco3； (2)如果用锅水的PH值的控制和调节锅内给药处理法控制锅水的PH值，就能有效地防止酸碱腐蚀。 锅水的PH值低时，可以加入碳酸钠、磷酸钠、氢氧化钠等碱性药剂，锅水的PH值提高时，可以加入磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、硫酸铵等药剂。 锅水碱度的控制和调节控制和调节锅水碱度的目的，主要是为了防止锅炉本体的碱腐蚀和苛性脆化。 通过控制相对碱度，加入硝酸盐、磷酸盐等措施，可以控制锅水中游离碱。 锅炉定期进行化学清洗，去除金属表面的堆积物，减少锅水的局部浓缩现象。 对3.3、铁垢的腐蚀和控制、1、铁垢的腐蚀机理2、铁垢的腐蚀形态3、铁垢的防腐蚀措施、1、铁垢的腐蚀机理、氧化垢下的金属腐蚀机理，至今没有统一的看法。 有意见认为氧化铁垢参与了电化学腐蚀的阴极过程，起到了阴极脱极化剂的作用。 水垢下的金属因水垢金属过热而破坏保护膜，成为腐蚀电池的阳极。 一种意见是锅水在水垢下浓缩而发生碱腐蚀。 另一种意见是水垢下的金属过热而发生苏打腐蚀： 3Fe 4H2OFe3O4 4H2也可以认为上述三个过程同时或交替进行而引起腐蚀。 2、铁垢腐蚀的形态，在局部的贝壳状垢中腐