如何從化學(xué)監(jiān)督方面防止鍋爐水冷壁管爆漏

1、前言

隨著用電需求的增長，國內(nèi)火力發(fā)電機(jī)組參數(shù)和容量的迅速增大，火電廠因結(jié)垢、腐蝕所引起的鍋爐水冷壁管爆漏所帶來的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響也越來越嚴(yán)重?；痣姀S化學(xué)監(jiān)督就是要防止或減緩熱力設(shè)備的結(jié)垢和腐蝕，當(dāng)發(fā)現(xiàn)熱力設(shè)備有結(jié)垢或腐蝕時(shí)，及時(shí)提出合理處理措施，以防止結(jié)垢和腐蝕的進(jìn)一步發(fā)展。

2、水冷壁管腐蝕機(jī)理

造成水冷壁管管壁腐蝕的原因主要有外壁煙灰吹蝕和內(nèi)壁垢下腐蝕。管外壁腐蝕與爐內(nèi)煙氣的流向有關(guān)，一般均勻減薄能夠用肉眼或手感找出位置。內(nèi)壁腐蝕發(fā)生在管內(nèi)部，發(fā)生位置是隨機(jī)的，只有在大小修期間通過割管檢查才能夠得出結(jié)論。

2.1 水冷壁管停運(yùn)腐蝕

停運(yùn)腐蝕是在水和氧同時(shí)存在時(shí)發(fā)生的電化學(xué)腐蝕,若鍋爐停運(yùn)時(shí)不放水或者放水后有些部位仍殘留有積水,當(dāng)有空氣溶入時(shí),會(huì)迅速產(chǎn)生氧腐蝕。有時(shí)由于鍋爐放水后內(nèi)部空氣相對(duì)濕度大,同樣也會(huì)產(chǎn)生氧腐蝕。停運(yùn)氧腐蝕的產(chǎn)物疏松，與金屬的附著性差，腐蝕產(chǎn)物的表層是黃褐色銹。如果除掉這些腐蝕產(chǎn)物，便可看到金屬表面有大小不一的腐蝕孔。碳鋼蝕坑的產(chǎn)生部位一般取決于材料表面上金相結(jié)構(gòu)的差別、夾雜物、熱加工或冷加工造成的性能不同、金屬表面的沉積物、縫隙以及表面的氧化膜不連續(xù)等因素。當(dāng)材料表面因上述因素形成了局部的微陽極時(shí)，鐵會(huì)溶解成Fe2+ ，進(jìn)入溶液的Fe2+ 被水中溶解氧氧化成Fe3+，繼而生成鐵的氧化物膜覆蓋其上，阻止了氧的擴(kuò)散。這樣在腐蝕產(chǎn)物膜下形成缺氧的活化陽極區(qū)，外部是富氧陰極區(qū)，構(gòu)成了原電池。電子可通過金屬從陽極區(qū)傳輸?shù)疥帢O區(qū)，而溶液中的CL-則可通過腐蝕產(chǎn)物膜，從陰極區(qū)擴(kuò)散進(jìn)陽極區(qū)，使得蝕坑內(nèi)陽極區(qū)溶液與蝕坑外陰極區(qū)溶液的差別進(jìn)一步增大，金屬繼續(xù)加速溶解，形成的小蝕坑繼續(xù)擴(kuò)展。

2.2 水冷壁管垢下腐蝕

由給水管路帶來或停爐時(shí)形成的含有氧化鐵及氧化銅的水渣在鍋爐水冷壁管受熱面內(nèi)壁產(chǎn)生沉積，當(dāng)向火內(nèi)側(cè)內(nèi)壁金屬與這些氧化物接觸時(shí)，產(chǎn)生如下反應(yīng)。

4Fe2O3+Fe→3Fe3O4

4CuO+3Fe→Fe3O4 + Cu

反應(yīng)是以化學(xué)方式進(jìn)行，氧化鐵和氧化銅為陽極，管內(nèi)壁金屬為陰極，陰極在反應(yīng)中不斷地被腐蝕，這是垢下腐蝕的第一階段，當(dāng)管內(nèi)蒸汽與高于400°C 的鐵接觸時(shí)又將發(fā)生下列反應(yīng)。

4H2O+3Fe→Fe3O4 +4H2↑

當(dāng)水冷壁管內(nèi)由于垢下腐蝕產(chǎn)生的氧化物造成蒸汽停滯或流速減小時(shí)，將發(fā)生上述反應(yīng)，并在金屬表面形成磁性氧化鐵膜（Fe3O4），稱為“蒸汽腐蝕”，蒸汽腐蝕所生成的氫氣如果不能較快地被氣流帶走，將與鋼管表面發(fā)生作用，使之脫碳，造成鋼材變脆，所以也稱為“氫腐蝕”。

鍋爐腐蝕形勢(shì)不是單一的，從目前分析判斷水冷壁腐蝕形勢(shì)是停運(yùn)氧腐蝕與垢下濃縮腐蝕共同作用的結(jié)果。

停運(yùn)氧腐蝕一方面在停用期間就破壞了設(shè)備，另一方面停用時(shí)的因腐蝕部位表面粗糙、保護(hù)膜破壞而成為腐蝕的活性點(diǎn)，致使腐蝕及結(jié)垢加劇。垢下腐蝕一般發(fā)生于鍋爐水冷壁管向火側(cè)內(nèi)壁，破壞形式如貝殼。垢下腐蝕發(fā)生后向深度發(fā)展，致使管壁穿孔爆裂。其次被腐蝕區(qū)域表面蓋有疏松的鐵銹層，造成管壁熱傳導(dǎo)性不良，局部管壁過熱，產(chǎn)生材質(zhì)蠕變，甚至出現(xiàn)管壁向外鼓包，最終破裂。

3、鍋爐水冷壁管腐蝕特征

通過對(duì)熱力設(shè)備大小修檢查，發(fā)現(xiàn)水冷壁管內(nèi)壁腐蝕有以下幾種主要特征：

⑴ 水冷壁管內(nèi)壁多為大小不一的腐蝕坑，裂紋較少；

⑵ 腐蝕坑多數(shù)發(fā)生在向火側(cè)，以中間部位居多；

⑶ 腐蝕坑的面積大小，深度不同，隨運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行工況而發(fā)展；

⑷ 在爐墻上分布無規(guī)律。如某處出現(xiàn)爆管，而割開附近幾處管檢查都完好無損,運(yùn)行一段時(shí)間又會(huì)在其它位置爆管。

4、水冷壁爆漏原因分析

鍋爐水冷壁管爆泄原因較復(fù)雜，總結(jié)可分為以下幾類

4.1 管壁過熱

4.1.1 機(jī)組升降負(fù)荷頻繁，導(dǎo)致爐管過熱產(chǎn)生熱疲勞

4.1.2 煤質(zhì)原因，燃燒調(diào)整不當(dāng)、火焰中心上移，造成爐膛出口煙溫偏高，使后屏過熱器和對(duì)流過熱器熱段常發(fā)生超溫，長期超溫使管材珠光體球化嚴(yán)重，易發(fā)生爆漏。

4.2 管外壁磨損

磨損可分為飛灰和機(jī)械磨損兩類，以飛灰為主，機(jī)械次之。影響磨損的因素很多，如飛灰粒度、灰粒的物理化學(xué)性質(zhì)，受熱面的布置與結(jié)構(gòu)方式、運(yùn)行工況等。一般來講，飛灰粒度大，煙氣流速高，磨損嚴(yán)重。

4.3 管外壁腐蝕和焊接問題

火電廠燃煤中含有的Na、K、S 等元素在燃燒后產(chǎn)生氧化物，凝結(jié)在爐管上，與煙氣中的SO3反應(yīng)成硫酸鹽，該硫酸鹽有粘性，形成結(jié)渣，煙氣中的SO3 穿過灰渣與爐管表面上的Fe2O3、硫酸鹽發(fā)生反應(yīng)生成低熔點(diǎn)的復(fù)合硫酸鹽，當(dāng)覆蓋于管壁外表面的硫酸鹽與管材氧化后生成的氧化物形成低熔點(diǎn)液態(tài)共晶時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致爐管發(fā)生以電化學(xué)過程進(jìn)行的熱腐蝕；局部還存在較嚴(yán)的沖蝕磨損。其次焊接質(zhì)量也不能忽視，制造廠焊口問題，多因使用年限較長，在拉力長期作用下形成裂紋所致。

4.4 管內(nèi)壁腐蝕（停運(yùn)氧腐蝕、垢下腐蝕）

4.4.1 影響停運(yùn)腐蝕的因素，一般有溫度、濕度、金屬表面液膜中的鹽份及清潔程度等。如果金屬表面水相中的氧化物和硫酸鹽濃度較大時(shí)，腐蝕速度增大；其次金屬表面有沉積物或水渣時(shí)也使停用時(shí)腐蝕嚴(yán)重。

4.4.2 水冷壁垢下腐蝕的影響因素

(1) 鍋內(nèi)水處理方式。當(dāng)爐水采用磷酸鹽處理時(shí)，因爐水pH 值較高，產(chǎn)生堿腐蝕的可能性大。即使采用協(xié)調(diào)磷酸鹽處理時(shí)，也會(huì)有游離堿存在，因而也可能產(chǎn)生堿腐蝕；

(2) 爐管表面狀態(tài)。爐管表面愈不光潔，沉積物愈多，愈不利于傳熱，會(huì)使管壁溫度升高，促進(jìn)爐水局部濃縮引起爐水濃縮腐蝕；

(3) 給水成分。給水含鹽量高、凝汽器泄漏等均會(huì)促進(jìn)腐蝕進(jìn)一步；

(4) 熱負(fù)荷。實(shí)際表明，爐管熱負(fù)荷高的部位易產(chǎn)生爐水濃縮腐蝕；

(5) 鍋爐運(yùn)行方式。當(dāng)鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行或突然變負(fù)荷運(yùn)行，易引起爐管局部壁溫過高，加劇爐水濃縮腐蝕。調(diào)峰機(jī)組鍋爐經(jīng)常啟?；虻拓?fù)荷運(yùn)行時(shí)，爐水水質(zhì)變差，給水溶解氧和鐵、銅含量增加，也會(huì)加劇爐水濃縮腐蝕。

5、化學(xué)監(jiān)督方面控制水冷壁管爆漏的措施

5.1 確保化學(xué)補(bǔ)給水水質(zhì)。

隨機(jī)組容量增大，鍋爐補(bǔ)水量成比例增加，如果化學(xué)補(bǔ)給水水質(zhì)不合格，大量雜質(zhì)隨之帶入熱力系統(tǒng)，經(jīng)蒸發(fā)濃縮，對(duì)熱力設(shè)備造成嚴(yán)重危害。要控制好補(bǔ)給水水質(zhì)應(yīng)注意以下方面：

5.1.1 保證化學(xué)制水設(shè)備運(yùn)行、再生工作正常進(jìn)行

(1) 運(yùn)行人員應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行兩票三制，保證設(shè)備的正常運(yùn)行；

(2) 設(shè)備再生時(shí)保證再生條件：再生液用量、濃度、流速、溫度、再生時(shí)間等；

(3) 按規(guī)定定期對(duì)樹脂進(jìn)行大反洗，注意觀察樹脂層高度及樹脂外觀顏色；

(4) 注意源水水溫、PH 值及各種離子的含量。

5.1.2 除硅和除有機(jī)物問題

由于受水源影響，有機(jī)物、硅污染較為突出，常規(guī)通過加強(qiáng)凝聚處理，配合采用活性碳過濾器來解決，我廠采用一級(jí)除鹽前加裝超濾的方式，對(duì)膠體硅去除效果很好。

5.1.3 保證新樹脂的質(zhì)量

新樹脂投運(yùn)前必須進(jìn)行預(yù)處理和交換容量的測(cè)定，確保離子交換樹脂在投入運(yùn)行后能夠達(dá)到預(yù)期工況。

5.2 防止凝汽器泄漏滲漏、保證凝結(jié)水精處理的正常投運(yùn)。

凝汽器的冷卻水多為生水，如凝汽器管發(fā)生泄漏會(huì)將大量的鹽類、固形物帶入熱力系統(tǒng)在一定的壓力、溫度下造成結(jié)垢和垢下腐蝕，同時(shí)大量的氧、二氧化碳等氣體，既會(huì)破壞真空度，影響熱效率，還會(huì)因溶解氧和pH 不合格進(jìn)一步引起水冷壁結(jié)垢和腐蝕。對(duì)于海水冷卻機(jī)組因冷卻介質(zhì)為含鹽量很高的海水，發(fā)生凝汽器泄漏會(huì)使?fàn)t水PH 值迅速降低，對(duì)熱力設(shè)備造成嚴(yán)重的破壞。

我廠為超臨界壓力直流爐，對(duì)汽水品質(zhì)要求比較高，在凝結(jié)水處理方面采取以下措施：

(1)凝結(jié)水采用前置過濾器＋高速混床的處理方式以保證給水水質(zhì)

(2)凝汽器安裝在線檢漏裝置并準(zhǔn)備裝設(shè)凝結(jié)水鈉離子或硬度在線監(jiān)測(cè)儀表

(3)海水冷卻水系統(tǒng)投加殺菌滅藻劑，避免有機(jī)物在凝汽器管內(nèi)附著、繁殖。

5.3 保證熱力設(shè)備水汽質(zhì)量關(guān)

防止熱力設(shè)備結(jié)構(gòu)和腐蝕，汽水品質(zhì)是關(guān)鍵。首先應(yīng)加強(qiáng)機(jī)組整個(gè)系統(tǒng)的化學(xué)監(jiān)督工作，其次保證分析測(cè)試的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，加快其儀表化和自動(dòng)化進(jìn)程，提高汽水品質(zhì)合格率。在運(yùn)行中應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水汽質(zhì)量控制，若發(fā)生異常要及時(shí)通知主控人員進(jìn)行處理并對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。機(jī)組啟動(dòng)期間，嚴(yán)格按照啟動(dòng)階段水汽標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行化學(xué)監(jiān)督，做到了不合格水質(zhì)不回收，力求確保啟動(dòng)后的水質(zhì)正常。

5.4 搞好停爐保養(yǎng)工作

機(jī)組在停機(jī)檢修和備用的時(shí)候保養(yǎng)不當(dāng)往往比運(yùn)行中的腐蝕更加嚴(yán)重；所以如遇機(jī)組停運(yùn)和調(diào)峰任務(wù)較重的情況，必須保證停爐保養(yǎng)工作。大修時(shí)要加強(qiáng)鍋爐的熱爐帶壓放水余熱烘干保護(hù)方法；短期保護(hù)時(shí)采用給水壓力法，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行操作工藝，保證各指標(biāo)合格。在基建階段，因條件困難，經(jīng)常造成設(shè)備失保養(yǎng)的問題，所以在今后要尋找更加有效的停備用保護(hù)方法，創(chuàng)造條件對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效地保護(hù)等。

5.5 做好鍋爐的化學(xué)清洗

鍋爐水冷壁管結(jié)垢，由于垢的導(dǎo)熱系數(shù)比金屬小得多，金屬導(dǎo)熱系數(shù)比水垢大10～1000 倍，也就是垢的熱阻比金屬大 10～1000 倍。結(jié)垢后產(chǎn)生嚴(yán)重的管壁溫升，在結(jié)同樣成份和厚度垢情況下，鍋爐壓力溫度參數(shù)越高，其管壁溫升越高。結(jié)垢后，垢下產(chǎn)生腐蝕介質(zhì)的濃縮，導(dǎo)致嚴(yán)重垢下腐蝕。又因管壁溫升，溫度升高10 度，腐 蝕速度增加2～4 倍。因此，結(jié)垢后，如不清洗，必將會(huì)引起管爆破。為此，要嚴(yán)格按照《化學(xué)監(jiān)督制度》要求對(duì)達(dá)到清洗要求的鍋爐安排清洗。

5.6 做好機(jī)組大小修期間的化學(xué)檢查

機(jī)組大小修期間通過對(duì)汽包、水冷壁、水冷壁下聯(lián)箱、除氧器、過熱器、再熱器、省煤器、高加、低加、汽輪機(jī)本體、凝汽器等設(shè)備的化學(xué)檢查，能夠確定在此運(yùn)行期間設(shè)備內(nèi)結(jié)垢量、結(jié)垢速度及內(nèi)部腐蝕情況。通過化學(xué)檢查能夠發(fā)現(xiàn)許多爆漏隱患。

在某廠2000 年機(jī)組大小修檢查中，發(fā)現(xiàn)水冷壁腐蝕情況較上次大修有了明顯的發(fā)展，且水冷壁垢沉積率較高，詳細(xì)檢查情況如下：

從上表對(duì)比可看出，2000 年大修時(shí)水冷壁垢沉積率較上次大修有大幅度增加。水冷壁向火側(cè)局部腐蝕深度由96 年的0.2mm 發(fā)展到2000 年0.8mm，背火側(cè)由0.5m 發(fā)展到1mm，且點(diǎn)蝕坑數(shù)量均有大幅度增加，呈密集狀分布。

此鍋爐于1959 年安裝，原來的爐內(nèi)處理方式為協(xié)調(diào)磷酸鹽處理，99 年1 月實(shí)施低磷酸鹽處理，給水采用加氨處理。

6、結(jié)束語

如何作好化學(xué)監(jiān)督工作，尋找導(dǎo)致腐蝕的原因并采取有效的防護(hù)措施，是一項(xiàng)長期而又艱巨的任務(wù)，需通過化學(xué)、鍋爐、汽機(jī)、熱工等部門通力合作，才能做好此項(xiàng)工作，保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的運(yùn)行。