蒸汽锅炉氧腐蚀问题及应对措施

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蒸汽锅炉氧腐蚀问题及应对措施Measures Concerning the Oxygen Corrosion of Stream Boiler

王晓阳 WANG Xiao-yang(宁夏锅炉压力容器检验所，银川750001)

摘要:氧腐蚀一直是蒸汽锅炉使用过程中较为常见的问题，也是造成锅炉损坏停炉的主要原因之一。本文以一台发生腐蚀的蒸汽 锅炉为例，判断腐蚀类型，分析氧腐蚀产生的原因，并提出了相应的预防措施。Abstract: Oxygen Corrosion has always been the common issue in the process of usage of steam boiler, and also causes the boiler's damage and even cessation of production. Taking an example of corrosive boiler is to clarify the corrosive type, to analyze the reason and propose relevant prevention measures.

关键词：蒸汽锅炉；氧腐蚀;应对措施Key words: steam boiler； Oxygen Corrosion； measures

〇引言宁夏某锅炉房有3台型号为WNS4-1.25-Q的燃气蒸 汽锅炉，锅炉于2009年7月制造，2010年9月投入使用。 在检验人员对锅炉进行内部检验的过程中，发现3台锅炉 烟管水侧、回燃室水侧及管板水侧均有大小不同的溃疡状 腐蚀坑。其中，3#炉情况最为严重，其烟管水侧腐蚀坑最 大直径20mm,最深已腐蚀穿孔，经强度校核，多根烟管已 不能在使用参数下安全运行；高温区管板水侧、回燃室顶 部水侧腐蚀坑最大直径30mm,深3.8mm。1腐蚀类型判断经过对锅炉及附属设备使用状况的了解，结合锅炉本 体情况进行分析，总结出以下几点内容：①腐蚀部位在水位线附近。经过现场查看，产生腐蚀

的部位为最上面几排烟管、后管板上部水位线以下区域以 及回燃室的顶部。这些区域均位于锅炉蒸发水位线附近。 (见图1 )

图1锅炉腐蚀部位示意图图7加工方案一缸套10只后图8加工方案二缸套10只后刀尖磨损情况照片 刀尖磨损情况照片后保留了部分铸态块状或牛眼状铁素体，降低了缸套的硬 度，同时也可能与切削加工过程中缸套组织中残余奥氏体 中含铜相的析出及其改善减磨、断肩性能有关。5总结亚温淬火球墨铸铁作为一种新型铸铁材料应用于气 缸套领域，通过对其工艺、组织及加工性能进行研究分析 发现：①采用亚温淬火之后的球墨铸铁气缸套硬度大于 280 HBW,球墨大小达到7级、球化等级为3级、球化率达 到80%以上，基体组织（如图5)为下贝氏体+残余奥氏体+ 铁素体（块状或牛眼状），亚温淬火球墨铸铁缸套其性能可 以达到QTD900-8;即亚温淬火球墨铸铁气缸套相比ADI 气缸套硬度明显降低，且基体组织中含有部分未转变的铁

素体，大大改善了该新材料气缸套的切削性能。②采用亚温淬火的气缸套半成品尺寸变化及椭圆程 度较正常温度淬火的缸套明显减小，均可控制在0.1mm 以内，因而可以将等温淬火工序移至余量较小的半精加 工以后进行而不需要安排在余量较大的粗加工以后，这 样可以大大降低缸套半精加工工序的机加工成本（正常 温度淬火后缸套硬度较高，刀具磨损较快，从而导致加工 成本升高）。参考文献：[1] 张亮亮，张志武，秦小才.某湿式气缸套崩缸失效原因分析 及预防措施[J]•内燃机与配件，2015 (1): 34-36.[2] 姚涛，张亮亮援气缸套穴蚀机理及其抗穴蚀性能研究[J].内 燃机与配件，2014(6)36-38.[3] 郭荣磊，秦小才，张亮亮.表面淬火贝氏体气缸套的研究[J]. 内燃机与配件，2015(12): 1-4.[4] 刘金城.等温淬火球铁(ADI)的机械加工性能[C].全国等温 淬火球铁，2006.[5] 刘平，康布熙，李延祥等.亚温淬火工艺对球铁强韧性的影 响[J].现代铸铁，1992( 2 ): 12-15.[6] 曾艺成，李克锐，张忠仇，等.我国等温淬火球铁(ADI)生产 应用及发展前景[J].现代铸铁，2007( 1): 13-18.[7] 中国机械工程学会铸造分会铸造手册第一卷铸铁[M].北 京：机械工业出版社，2002: 44-46.• 60 •内燃机与配件

② 腐蚀为块状的高于金属表面的包状物，外表面为黄氧气通过各个泄露点迅速地进入氧分压较低的锅炉内，并 褐色到砖红色不等，包状物内多为黑色粉状物，含有一定溶解于水中造成腐蚀。水份。（见图2) 2.3锅炉水质不达标③ 去除包状物后，金属表面为一圆状深坑。（见图3) 通过表1可以看到，锅炉给水含氧量达到标准要求的

图2高于金属表面的包状物图3清除包状物后的圆形腐蚀坑④锅炉在使用过程中有带水停用的现象。锅炉房内3 台锅炉正常情况下为两用一备，3#炉在备用状态时间较 长。备用情况下，锅炉的给水阀、主汽阀均关闭，锅炉内水 不放掉，且锅炉为常压状态。根据以上4项显著特征，可以判断本台锅炉的问题是 由于氧腐蚀造成的。氧腐蚀是锅炉系统最常见，较严重的 腐蚀类型，氧在锅炉中大多是起阴极去极化作用，属于吸 氧腐蚀。由于给水与大气接触较充分，水中的溶解氧接近 饱和状态，给水经管路及锅炉受热面时发生吸氧腐蚀。氧腐蚀的腐蚀机理为电化学腐蚀。铁和氧形成两个电 极组成腐蚀电池，铁是阳极，遭到腐蚀。反应如下：Fe寅Fe2++2e

氧为阴极，进行氧化。反应如下：O2+2H2O+4e寅4OH-

总的反应式为：2Fe+2H2O+O2寅2Fe( OH )Fe (OH)在存在溶解氧的情况下，进一步氧化成

Fe( OH )。腐蚀产物呈沉淀物状堆积在阳极上，在沉淀物

内的氧浓度和覆盖在表面上水的氧浓度之间有一个浓度 差，产生氧浓差电池，进一步促进阳极部位铁的氧化，加剧 了金属表面的腐蚀。所以，产生的腐蚀部位的氧化产物中， 最外表是呈黄褐色或砖红色的+3价铁，中间是黑色的四 氧化三铁，最底层是黑色的+2价铁。而腐蚀部位中含有的 一定水分正式作为电解质溶液促使电化学反应进行。2氧腐蚀原因分析金属氧腐蚀一般与水中溶解氧、锅水pH值、水温、热 负荷、水流速度等有关，其中溶解氧和pH值是最重要的 两个因素。针对这两个条件，检验人员对锅炉附属设备进 行了全面检查，并对水质进行了化验，发现了以下导致锅 炉氧腐蚀的原因：2.1锅炉给水箱与大气连通锅炉的给水是经过软化器软化，并经过过滤式除氧器 除氧后进入给水水箱的。除氧器出水的含氧量经检验合格， 但储存除氧水的给水水箱却与大气连通。这使得锅炉给水 的含氧量接近饱和状态，是导致锅炉氧腐蚀的直接原因。2.2锅炉带水停用时间长锅炉房内3台锅炉一直处于两用一备状态，其中3# 炉停用时间最长。锅炉在停用期间，进水阀和主汽阀关闭， 锅炉内水未放掉，锅炉整体处于负压状态。此时，大气中的

70倍，锅水pH值也低于标准要求。锅水pH值在10〜12 之间时，可以有效减缓腐蚀的产生，但接近中性的pH值 根本无法实现这一目的。表1锅炉水质化验结果

给水含氧量（mg/L)标准要求臆0.1实测数据 7.0锅水pH值（25益）10〜129

锅水总碱度（mmol/L )6〜245

2.4锅炉安装后煮炉时间不够通过向锅炉房负责人了解，锅炉房内的3台锅炉均为 2010年9月投入使用。安装完成后，由施工方进行煮炉， 煮炉时间为12小时，远低于一般要求的2〜3天。煮炉不仅 能够清除铁锈、油脂和污垢，改善水质和受热面工作环境， 更能使锅炉水侧形成致密均匀的碱性保护膜，防止或减缓 腐蚀。由于没有形成有效的保护膜，导致受压部件水侧直 接与给水带入的氧反应，形成了氧腐蚀。3应对措施针对锅炉氧腐蚀产生的原因，并结合锅炉及附属设备 的运行状况，检验人员提出了以下处理意见：①更换腐蚀严重的烟管。对于锅炉中已经腐蚀穿孔的 和腐蚀部位最小壁厚低于强度值要求的烟管，必须更换。 ②将除氧器由敞口式改为封闭式。确保给水在经过除氧后 与空气隔绝，防止大气中的氧与给水一起进入锅炉，造成 氧腐蚀的产生。③严格控制各项水质指标。做好水质化验 工作，并结合锅炉的连续排污、定期排污，控制好锅水硬 度、pH值、给水含氧量等指标。④锅炉维修后充分煮炉。煮 炉过程中严格控制各种药剂的添加量，保证煮炉时间，并 在煮炉完成后检查煮炉效果。⑤做好停炉保养工作。在停 炉期间采用给水压力法进行保养。即给锅炉内充满除氧 水，并保持一定压力。检验人员每天取水样对锅水含氧量 进行监测。目前，使用单位已经完成了各项整改工作。锅炉也已 经正常运行。在之后进行的内部检验中，之前的问题部位 并没有出现扩大、严重的迹象。氧腐蚀问题得到了有效的 控制。4结论工业锅炉的氧腐蚀对系统危害极大，在造成设备损坏 的同时，也影响了使用单位的正常生产生活。管理人员要 认真制定好锅炉使用的各项规定；运行人员要严格按照相 关要求保证系统正常运行；水质化验人员要及时监测各项 水质指标；维护保养人员要做好锅炉停运期间的保护工 作。各项工作环环相扣，对锅炉的正常运行缺一不可。只有 这样才能避免企业财产损失和人员安全事故的发生。参考文献：[1] 阎锡林主编.司炉技术基础知识[M].银川：宁夏人民教育出 版社,2000.[2] 陈光柱.防止工业锅炉氧腐蚀技术[J].工业锅炉，2009.