锅炉水汽腐蚀.doc
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1、 . 准备:炉外水处理的目的是除去水中的悬浮物、钙、镁化合物以及溶于水中的其他杂质,使其达到锅炉补给水的水质标准。以抑制给水对金属材料的腐蚀;减少随给水带入锅炉的腐蚀产物和其他杂质;防止因减温水引起混合式过热器、再热器和汽轮机积盐。方式主要有:软化、化学除盐、热力除盐、电渗析和反渗透四种方式。炉内水处理的目的主要是消除锅外处理后的残余硬度,防止水垢产生;保持锅水一定的碱度和PH值,防止锅炉的腐蚀和锅炉汽包内壁保护膜的破坏,指导锅炉的排污,防止二次水垢的产生与热能的损失。汽包锅炉水汽系统。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
2、的正常运行。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。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
3、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
4、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。为了防止基建期间锅炉的腐蚀,可采取: a.出厂时,对炉管、联箱等采取必要的防腐性措施 ,使金属表面形成合适的保护膜 ;对所有开口部位加罩和封闭,防止泥沙、在进入; b.各容器及各管件在存放保管时,应保证内部和外界空气隔绝,防止水分侵入; c.锅炉在组装前,各部件都要进行清理; d.水压试验合格后,应继续让压试验用水充满锅炉。 为了减少锅炉在水压试验中和其后停放过程中的腐蚀,水压试验要采用加氨和
5、联氨(200500mg/L)的除盐水,将PH值调节至10,并每月检查一次水质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Fe3O4这是金属在高温炉水中形成的: 3Fe十4H2OFe3O4十4H2这样的保护膜是致密的,且具体良好的保护性能,锅炉不会遭到腐蚀,如果遭到破坏,金属暴露在高温炉水中,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。Fe3O
6、4+8HCl = FeCl2+2FeCl3+4H2O在PH13的情况下,金属表面的四氧化三铁保护膜被破坏:Fe3O4十4NaOH2FeNaO2十Na2FeO2十2H2OFe十2NaOHNa2FeO2十H2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与炉水混合均匀,使沉积物下的浓溶液对锅炉造成侵蚀。(2)给水带有结垢物质(主要是铁的腐蚀产物),是引起锅内发生沉积下腐蚀
7、的一个重要因素。在运行中,由于这些结垢物质容易沉积在管壁的向火侧,所以向火侧是腐蚀的多发部位。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MgCL2和CaCL2时,处于沉积物下蒸发浓缩的MgCL2和CaCL2,发生如下反应:MgCL2+2H2OMg(OH)2+2HCLCaCL2+2H2OCa(OH)2+2HCL反应生成物Mg(OH)2和Ca(OH)2会生成沉淀物,而浓缩的炉水变成了强酸(HCl)溶液,以致在沉积物下发生酸对金属的腐蚀。(3)沉积物下腐蚀分类分为:酸性腐蚀:炉管沉积物下沉积一层沉积物,且炉水
8、中含有氯化镁及氯化钙,在沉积物下锅炉水中MgCL2和CaCL2等物质水解产生去极化剂氢离子,导致金属发生酸性腐蚀。阳极:FeFe2+2e阴极:2H+2e2HH2反应生成的氢气受到沉积物的阻碍不能很快扩散汽水混合物区域中,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(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。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
9、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,最终随蒸汽流向汽轮机,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。蒸汽中的H2是反映金属腐蚀的一个特征信息。锅炉水中的游离NaOH是从哪里来的? a.进入锅内的给水中含有少量的碳酸盐,如:单纯“钠离子交换法”制的软化水为补给水时,给水中有碳酸氢钠,以“石灰处理-钠离子交换法”作补给水时,给水中含有碳酸钠;以除盐水作补给水时,因凝汽器的渗漏,冷却水中的碳酸盐进入给水中,因而有少量的碳酸盐。这些碳酸盐进入锅内后,由于锅内水温高,发生下列反应而产生NaOH,: 2HCO3- CO2+H
10、2O+CO32-CO32- +H2OCO2+2OH-HCO3- CO2+OH-上述碳酸盐的分解是锅内游离NaOH的主要来源。 b. 当离子交换器的进碱门关闭不严时,再生剂NaOH可能随补给水进入锅炉水中。 (2)腐蚀类型: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。A.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。 B.脆性腐蚀:发生在比较致密的沉积物下面,是由
11、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要防止沉积物下腐蚀,除主要从防止炉管上形成沉积物着手外,还应消除锅炉水的侵蚀性。采取以下措施:(1)新装锅炉要进行化学清洗,运行锅炉定期进行清洗,以
12、除去沉积在金属管壁上的腐蚀产物;(2)提高给水水质,防止给水系统腐蚀而使给水的铜、铁含量增大;(3)防止凝汽器的泄漏;(4)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;(5)做好锅炉停用保护工作,防止沉积物的产生。三、水蒸汽腐蚀 当过热蒸汽温度高达450时,蒸汽会与碳钢发生反应。在450570之间时,产物为Fe3O4 3Fe十4H2OFe3O4十4H2 温度高于570时,反应生成物为Fe2O3 2Fe十3H2OFe2O3十3H2这两种反应所引起的腐蚀都属于化学腐蚀,当产生这种腐蚀时,管壁均匀变薄,腐蚀产物呈粉末状或鳞片状,多半是Fe3O42、在锅炉中,发
13、生汽水腐蚀的部位,一般在以下两处:(1)汽水停滞部位。当锅炉内有水平的或倾斜较小的管段,以致水循环不畅,运行中发生汽塞或汽水分层时,就可能在这些地方因蒸汽严重过热而产生汽水腐蚀。(2) 蒸汽过热器。锅炉过热蒸汽的温度,一般在450570范围内。在正常情况下,如运行良好,在过热器的管壁上会形成一层黑色的Fe3O4保护膜,从而防止了腐蚀。如果在运行中过热器的热负荷和温度波动较大,使保护膜遭到破坏,那么过热器管壁就会遭受严重的汽水腐蚀。3、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,如温度过高,应采用特种钢材制造。这是因为超高压和亚临界压力锅炉的过热蒸汽温度已达550以上,不论
14、是在机械性能方面(高温下发生蠕变)或耐蚀性能方面普通的碳钢都不能承受,必须用其他材料,如耐热奥氏体不锈钢。四、当金属除了受某些腐蚀性介质和机械应力的联合作用下发生的裂纹损坏,这是一种特殊的腐蚀现象,称为应力腐蚀。应力腐蚀有以下几种类型:(2)应力腐蚀破裂:是奥氏体钢在应力和侵蚀性介质作用下发生的腐蚀损坏。它是一种极为隐蔽的危险的局部腐蚀形式,往往在没有明显预兆时,就造成灾难性事故。热力设备中与水和湿蒸汽汽接触的金属都有发生应力腐蚀破裂的可能。特征:应力腐蚀裂纹起源于腐蚀介质相接触的表面。裂纹通常是表面保护膜的局部破口处,常常发生点蚀的部位。应力腐蚀破裂宏观断口为脆性断口中,没有明显的塑性变形、
15、断口与拉伸应力方向垂直,断口表面无金属光泽,为褐色或暗色,说明已发生腐蚀或氧化。通常碳钢及低合金钢的应力腐蚀断口大部分是沿晶开裂,裂纹沿大致垂直于所施应力的晶界延伸。断口为沿晶断口,断口表面可清晰地看到腐蚀痕迹。在含氯离子的介质中,奥氏体不锈钢常为穿晶断裂,而铬不锈钢则是呈现沿晶断裂。环境因素的影响只有在特定的体系中才会发生应力腐蚀破裂。应力腐蚀破裂引起的锅炉失效:氯化物、氢氧化钠、硫化物等物质都对奥氏体钢有很强的侵蚀性。在锅炉制造、安装或者检修过程中,过热器和再热器的管子经焊接或弯管工艺后,管材内部可能有些残余应力。水压试验或锅炉清洗时,含有氯化物、硫物化、氢氧化物的水溶液进入或残留在过热器
16、或再热器中,当锅炉启动时,由于这种残存水很快蒸发掉,水中杂质会被浓缩到很高的浓度,于是在这种侵蚀性浓溶液和内应力的双重作用下,奥氏体钢材就会产生腐蚀裂纹。所以应力腐蚀开裂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故障。在应力作用下,金属材料的腐蚀过程被强化,既加速了腐蚀进程,也增强了金属的损坏过程,在腐蚀和应力的共同作用下,炉管的损坏提前发生,常以爆破的形式出现,其危害极大。由酸腐蚀引起 的应力腐蚀破裂时有发生,这种故障发展快,锅炉损坏范围大,有时可引起全炉大部分炉管损坏失效。防止措施:为了防止应力腐蚀破裂,在制造、安装、检修时应尽可能消除钢材的内应力。在锅炉化学清
17、洗或部件水压试验时,要小心避免含有氯化物、硫化物、氢氧化物的水溶液进入或残留在过热器、再热器管子中,对于管件的U形弯头处更应特别留意。由于氯离子和氢氧根离子等侵蚀性离子易引起奥氏体钢发生应力腐蚀破裂,故应对其加强保管,在运输中防止二氧化硫、二氧化碳气氛中的大气腐蚀;还应加强运行中的水质管理,如严格控制水汽中的氯离子含量。尤其是用海水作循环冷却水时,应严防凝汽器泄漏时还入的氯离子对奥氏体钢过热器和再热器的腐蚀。2.2 腐蚀疲劳:金属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,也有两种都有的。这是由于锅炉金属材料在受到不同方向、大小不一的应力的作用时,与水相接触的金属表
18、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。典型的腐蚀疲劳裂纹是穿晶的,常带有分枝。腐蚀疲劳中点蚀可以发生在金属表面裂纹起始的根部,但点蚀并非是失效的必要条件。发生部位:锅炉的集汽联箱(即联箱的排水孔处)是易发生腐蚀疲劳的部位。主要是由于管板连接不合理,蒸汽中的冷凝水和热金属周期接产生交变应力。必于交变应力与腐蚀介质共共同作用引起的失效。锅炉汽包和管道连接处也会产生腐蚀疲劳,主要是由于给水、磷酸盐溶液和排污水的温度交变引起的腐蚀疲劳失效。如给水管接头、加药管接头、定排管接头与下联箱的连接处。因金属局部受到交变冷热应力的作用会发生腐蚀疲劳。因为当管道中水流的温度低于锅
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