汽包锅炉水汽系统腐蚀结垢与防止

1、第十章 汽包锅炉水汽系统的腐蚀、结垢及其防止一、汽包锅炉水汽系统给水经省煤器进入汽包经集中下降管-分配至各下联箱-经上升管(水冷壁)吸收炉膛热量-汽水混合物回到汽包并分离出饱和蒸汽-饱和蒸汽经蒸汽引出管至顶棚过热器-再到烟道包墙过热器低温过热器高温过热器经主蒸汽管至汽轮机高压缸再热器汽轮机低压缸凝汽器凝结水泵低压加热器除氧器高压加热器给水泵省煤器。汽包锅炉如果水质不良，就会引起水汽系统结垢、积盐、金属腐蚀等故障，还会导致锅炉过热蒸汽品质劣化，影响到汽轮机的正常运行。二、水汽系统的腐蚀及其防止锅炉运行时，由于温度和压力都很高，炉管管壁温度很高，设备各部分的应力很大，且由于水中杂质在锅炉内浓缩析出

2、形成沉积物，这些因素都会促进金属发生腐蚀。水汽系统发生较严重的腐蚀或结垢会导致锅炉爆管。水汽系统常见腐蚀有以下几种：1、氧腐蚀：在正常运行情况下，一般不会有大气侵入锅内，所以锅内一般不会发生氧腐蚀，但在下列情况下，有可能会发生氧腐蚀。（1）除氧器运行不正常。如：送入除氧器的蒸汽量调节不及时；除氧器负荷变动过大；间断性向除氧器中补加大量补给水；对溶解氧测定不准确等等。腐蚀首先发生在省煤器进口端，并可能发展到省煤器中部和尾部，直至锅炉下降管。在锅炉上升管内一般不会发生氧腐蚀，这里的氧集中在汽泡中，不会到达金属表面。（2）基建炉和停用期间无防护锅炉。在锅炉基建和停用期间，如果没有采取保护措施，大气中

3、的氧和水汽侵入锅炉，就会导致锅炉腐蚀。在基建中发生的腐蚀，可通过启动前的化学清洗进行清除，但如果形成腐蚀坑，会在运行中形成腐蚀电池，继续发生电化学腐蚀，所以在基建中好应做好防腐蚀工作。停炉时的氧腐蚀通常发生在整个水汽系统中，往往比运行时发生的氧腐蚀严重得多，由于腐蚀造成金属的表面的损伤，在锅炉投入运行后会继续产生不良影响，所以停用腐蚀危害非常大，对停用锅炉要做好防腐蚀措施。2、沉积物下腐蚀：当锅炉金属表面附着有水垢或水渣时，在其下面会发生严重的腐蚀，称为沉积物下腐蚀，这高压锅炉常见的一种腐蚀形式。（1）原理：在正常运行条件下，锅内金属表面常覆盖的一层这是金属在高温炉水中形成的：这样的保护膜是致

4、密的且具体良好的保护性能，如果遭到破坏，金属在高温炉水中很容易受到腐蚀，促使四氧化三铁保护膜被破坏的一个重要原因就是炉水的PH值不合适。在PH8的情况下，氢离子起了去极化作用，此时的反应产物都是可溶解的，不易形成保护膜。34Fe O3002342344FeHOFeOH 在PH13的情况下，金属表面的四氧化三铁保护膜被破坏：亚铁酸钠是可溶的，随着PH的不断升高，腐蚀速度迅速增大。在一般条件下，由于锅水PH常控制在9-11，锅炉金属表面的保护膜是稳定的，不会发生腐蚀，但当金属表面有沉积物时，由于沉积物的传热性差，沉积物下金属管壁温度升高，渗透到沉积物下的炉水发生急剧蒸发浓缩，且由于沉积物的阻碍不易

5、与炉水混合均匀，使沉积物下的浓溶液对锅炉造成侵蚀。3422222224222FeONaOHNaFeONa FeOH OFeNaOHNa FeOH当炉水中有游离氢氧化钠时，由于参透到沉积物下的炉水高度浓缩，PH值升得很高，PH大于13时，对金属造成腐蚀。当凝汽器泄漏时，炉水中存在有 ，发生如下反应：生成物中的盐酸对金属产生腐蚀。沉积物下腐蚀分为：酸性腐蚀：炉管沉积物下沉积一层沉积物，且炉水中含有氯化镁及氯化钙，在沉积物下积累了很多去极化剂氢离子，发生酸性腐蚀。阴极反应生成的氢气受到沉积物的阻碍不能扩散汽水中，因此在管壁与沉积物之间积累了大量氢气，这些氢一部分可能扩散到金属内部，和碳钢中的碳化铁（

6、渗碳体）发生反应： 因而造成碳钢脱碳，金相组织受到破坏，并且反应产物甲烷会在金属内部产生压力，使金属组织中产生裂纹。22MgClCaCl及22222()22()2MgClH OMg OHHClCaClH OCa OHHCl 32423Fe CHFeCH碱性腐蚀：如果炉水中有游离氢氧化钠，那么在沉积物下会浓缩有很高浓度的氢氧根，发生碱性腐蚀。此时处于沉积物外部的炉水和沉积物相关，前者的氢氧根离子浓度小，氢离子浓度大，因此阴极反应不是发生在沉积物下面，而是发生在没有沉积物的背火侧的管壁上，这时生成的氢气没有阻碍，可进入汽水系统中，所以不会发生钢的脱碳现象，只是在沉积物下形成一个个腐蚀坑。（2）腐蚀

7、类型：在沉积物下可能发生碱性或酸性两种不同类型的腐蚀，根据其损伤情况的不同，分别称为延性腐蚀和脆性腐蚀。延性腐蚀：发生在多孔沉积物的下面，是由于沉积物下的碱性增大而引起的，腐蚀的特征是腐蚀坑高低不平，坑上覆盖有腐蚀产物，坑下金属的金相组织和机械性能都没有变化，金属仍保持延性。当腐蚀坑达到一定深度后，管壁变薄，会因过热而鼓包或爆管。脆性腐蚀：发生在比较致密的沉积物下面，是由于沉积物下酸性增大而引起的，腐蚀的特征是腐蚀部位的金相组织发生了变化，有明显的脱碳现象，生成了细小的裂纹，使金属变脆。这种腐蚀是由于腐蚀反应中产生的氢渗入了金属内部而引起的，也称为氢脆。（3）引起沉积物下腐蚀的运行条件发生沉积

8、物下腐蚀的必须条件是锅炉管壁上有沉积物且炉水有侵蚀性。造成这些条件的工况有：结垢物质带入锅炉（形成沉积物）；凝汽器泄漏（带入氯化镁、氯化钙）；补给水水质不良（碱酸盐碱度较大时，它在锅内会转化为氢氧化钠）（4）沉积物下腐蚀的防止新装锅炉要进行化学清洗，运行锅炉定期进行清洗；提高给水水质，防止给水系统腐蚀；防止凝汽器的泄漏；调节锅炉水质，消除炉水的侵蚀性，如对炉水进行协调PH磷酸盐处理，消除游离的氢氧化钠；做好锅炉停用保护工作，防止沉积物的产生。3、水蒸汽腐蚀当过热蒸汽温度高达450度时，会与碳钢发生反应，在450570度之间时，它们的反应生成物为四氧化三铁:当温度达到570度以上时，生成物为三氧

9、化二铁：发生的部位通常在汽水停滞部位或过热器中。防止方法：消除锅炉中倾斜度小的管段，保证汽水正常循环；对于过热器，采用特种钢材制造，如耐热奥氏体不锈钢。2342344FeH OFeOH2222322FeH OFeOHFeOH OFe OH4、应力腐蚀：金属除了受某些侵蚀性介质作用之外，同时还受机械应力的作用时，它会发生裂纹损坏，这种腐蚀称为应力腐蚀。应力腐蚀有以下几种类型：（1）腐蚀疲劳：在交变应力作用下发生的一种应力腐蚀。它所产生的裂纹有穿晶的，也有晶间的。这是由于锅炉金属材料在受不同方向、大小的应力时，与水相接触的金属表面上的保护膜被这种交变应力破坏，因而发生电化学不均一性，导致的局部腐蚀

10、。常发生在汽包的管道连接处。如给水管接头、加药管接头、定排管接头与下联箱的连接处。防止措施：消除应力。（2）应力腐蚀开裂：是奥氏体钢在应力和侵蚀性介质作用下发生的腐蚀损坏。氯化、氢氧化钠、硫化物等物质都对奥氏体钢有很强的侵蚀性。是发生在高参数锅炉的过热器和再热器等奥氏体钢部件上的一种特殊的应力腐蚀。防止措施：在制造、安装、检修时应尽可能消除应力。（3）荷性脆化：水中的氢氧化钠使受腐蚀金属发生的一种脆化。腐蚀的结果是金属晶粒间发生裂纹，也叫晶间腐蚀。发生荷性脆化的三个同时存在的必备因素：炉水含有一定量的游离氢氧化钠；锅炉是铆接或胀接，且这些部位存在不严密的地方，发生水质的局部浓缩；金属中存在有很

11、大的应力。防止：控制相对碱度；对炉水实施协调PH磷酸盐处理。对电厂锅炉由于不存在铆接或胀接结构，所以一般不会发生荷性脆化。三、水垢与水渣锅炉运行一段时间后，由于水质不良，会在受热面与水接触的管壁上生成一层固态附着物，这一现象称为结垢，附着物叫水垢。在炉水中析出的固体物质，有时会悬浮在炉水中，有时会沉积在汽包和联箱的底部等水循环缓慢的地方，形成水渣。1、水垢的分类、性质及危害（1）水垢中有多种成分，往往以一种成分为主决定水垢种类。按主要化学成分常常将水垢分为：钙镁水垢、硅酸盐水垢、氧化铁垢和铜垢等。（2）性质：水垢的物理性质指标通常有坚硬度、孔隙率、导热性等，导热性差是水垢的重要特性。（3）水垢

12、的危害：结垢后导热性差，造成管壁温度升高、过热，引起鼓包、爆管事故。水垢导热性能差，造成燃料浪费，降低了热效率，增加了电力生产成本；结垢以后，影响了锅炉正常的水循环，严重时会造成爆管事故；会造成沉积物下腐蚀；会增加化学清洗次数，延长了停机时间，造成一定的经济损失；缩短锅炉有效使用寿命。2、水渣的组成、分类及危害（1）水渣的化学成分较复杂，主要有以下几种：碳酸钙、氢氧化镁、碱式碳酸镁、磷酸镁、碱式磷酸钙、蛇纹石、金属的腐蚀产生等等。（2）分类：一种是不会粘在受热面上的水渣，这类水渣较松软，常悬浮在锅炉水中，容易随排污从锅内排出，如碱式磷酸钙、蛇纹石等；另一种是容易粘在受热面上的水渣，这类水渣会转

13、变成二次水垢，如磷酸镁和氢氧化镁等。（3）危害：水渣太多，会影响锅炉蒸汽品质，还会堵塞炉管，威胁锅炉安全运行。应尽可能防止磷酸镁和氢氧化镁水渣，以免生成二次水垢。3、水垢的成因及防止（1）钙镁水垢：成因：随水温的升高某些钙镁盐类（如硫酸钙）的溶解度反而下降；水不断浓缩，某些盐类从水中析出；水中的某些盐类发生化学反应生成不溶物等。碳酸盐水垢容易在省煤器、加热器、给水管道等处生成；硫酸钙、硅酸钙水垢主要在热负荷高的受热面上形成，如炉管、蒸发器及蒸汽发生器。防止：彻底去除水中硬度；保证凝汽器不泄漏；控制生产返回水水质。（2）硅酸盐水垢：成因：给水中铝、铁和硅的化合物含量高，是在热负荷高的炉管内形成硅

14、酸盐水垢的主要原因。防止：应尽可能降低给水中的硅化合物、铝和其它金属氧化物的含量。一方面要能补给水硅含量进行严格 控制；另一方面要防止凝汽器泄漏。（3）氧化铁垢：成因：水中铁的化合物沉积在管壁上形成氧化铁垢。水中氧化铁带一定的正电荷而高温下的炉管带一定的负电荷，造成水中的氧化铁逐步吸附到管壁上。另一个原因是炉管金属腐蚀的产物转化为氧化铁垢。防止：一是减少炉水中的含铁量；另一个是防止锅炉金属腐蚀。（4）铜垢：成因：热力系统中铜合金设备腐蚀后，铜的腐蚀产物随给水进入锅炉，铜离子在锅炉热负荷大、保护膜破损的地方（与其它地方产生电位差，带有负电量）不断析出金属铜。铜垢的形成速度与热负荷有关，热负荷最大

15、的管段形成的铜垢量最多。防止：一是防止炉管局部热负荷过高；另一方面，要尽量减少给水的含铜量，防止给水及凝结水系统中铜设备的腐蚀。四、易溶盐的隐藏现象就是当锅炉负荷增高时，锅炉水中的某些易溶盐类便从锅炉水中析出，沉积在金属管壁上，使它们在炉水中的浓度降低。而当锅炉负荷降低时，这些盐又重新溶解下来，使它们在炉水中的浓度升高的现象。炉水中的易溶盐通常有：氢氧化钠、氯化钠、硫酸钠、硅酸钠、磷酸三钠等。产生这一现象的原因，一方面与锅炉水中易溶盐类的溶解特性有关；另一方面，与锅炉的负荷和运行工况有关。氢氧化钠和氯化钠的溶解度随水温升高而增大，而且饱和溶液的沸点比纯水的沸点大得多，所以这两种盐不会发生暂时消

16、失现象。而硫酸钠、硅酸钠、磷酸三钠在水中的溶解度，先是随温度升高而增大，当温度升高到200度以上时，溶解度明显下降，而且这几种钠盐的饱和溶液的沸点都比较低，所以当锅炉管壁有局部过热现象时，这些盐类 的水溶液就会很快被蒸干，并以固态附着物的形态在管壁上析出，引起暂时消失现象。当锅炉负荷增大时，如果控制不好，就会在水冷壁上升管中产生膜状沸腾、汽水分层、自由水面等不正常工况，这些不正常工况都会使靠近管壁的水溶液很快被蒸干，而水溶液中的盐类在管壁上析出。当锅炉负荷降低时，这些不正常工况就会消失，管壁上附着的这些盐类又重新被水溶解和冲刷下来。危害性：一是能与炉管上的其它沉积物。如金属腐蚀产物、硅化合物等

17、发生反应，变成难溶水垢；二是因炉管上形成易溶盐附着物造成传热不良，在某些情况下也可能直接导致炉管金属严重超温，甚至烧坏；三是可能引起沉积物下的腐蚀；四是造成炉水化验数据不能反应某些盐类的真实含量情况。五、炉水的磷酸盐处理1、原理：就是在炉水中加入磷酸盐溶液，使炉水中维持一定的磷酸根含量。由于炉水的碱性较强（PH911），炉水中的钙离子与磷酸根发生反应： 生成的碱式磷酸钙是一种松软水渣，可随锅炉排污排除，且不会粘在受热面形成水垢。磷酸盐可在金属表面上形成磷酸盐保护膜，防止金属腐蚀。一般采用磷酸三钠，有时为了消除一部分游离氢氧化钠而加入磷酸氢二钠。炉水中的磷酸根应控制在一定有范围内，不应太多，否则

18、会有不良影响：一是增加炉水的含盐量，影响蒸汽品质；二是有生成更难溶的、可能粘在管壁上生成二次水垢的磷酸镁的可能性；三是容易在高压和超高压锅炉中发生磷酸三钠的隐藏现象。一般将磷酸三钠配成15%的溶液直接加在汽包内的炉水中。加药量估算：锅炉启动时：锅炉运行时：1110.251000(28.5)/GVIHV kg h水容积磷酸根维持量硬度1110.251000(28.5)/GDIH Dkg h 排污量给水量234102461062() ()CaPOOHCaOHPO注意事项：一是给水残余硬度应小于5mol/L，以免水渣太；二是应控制磷酸根在规定范围内，以免增加炉水含盐量，影响蒸汽品质；三是对已经结垢的锅炉要先除垢再进行磷酸盐处理；四是要及时排出水渣，以免水渣堆积；五是保证药剂纯度不小于95%。六、协调PH磷酸盐处理协调PH磷酸盐处理就是除向汽包内添加磷酸三钠外，还添加其它适当的药品，使锅炉水既有足够的PH值和维持一定的磷酸根含量，又不含有游离的氢氧化钠。常用 (钠与磷酸根的摩尔比，如果单独是磷酸三钠，则R为3)描述水溶液中不同组分的磷酸盐。研究表明，当磷酸盐溶液的R值小于2.85大于2.13时，即使发生磷酸盐暂时消失现象，析出磷酸氢盐固相附着物时，炉管管壁边界层中也4/R Na PO不会产生游离的氢氧化钠。在协调PH磷酸盐处理时