锅炉化学监督技术培训教材2008

锅炉化学监督技术培训教材孙本达西安热工研究院有限公司二○○八年十月前言1•火电机组中水汽作为动力的工质类似人体中血液，火电厂中化学师就像保证机组健康、安全、经济运转的医生。•“放松化学监督，厂无宁日”。•化学问题是慢性病。当许多问题一起出现时，化学问题往往被主设备出现的问题所掩盖。•化学原因引起的腐蚀破坏往往遍布于整个设备•化学有时候象温柔的杀手，就象癌前期，当积聚到某一水平时会突然爆发前言2锅炉监察工作的目的是及时发现火电厂锅炉、压力容器、压力管道的安全隐患，防止承压部件发生爆破事故。锅炉化学监督的主要任务就是防止水、汽系统中金属材料的腐蚀、结垢和积盐，从而保证锅炉安全、经济运行。也就是要保证进入锅炉的水、汽品质能够满足其安全的需要，避免因介质因素对这些设备造成危害。目录第一章火电厂水处理概论第二章热力设备在运行期间的腐蚀与防止第三章热力设备在停备期间的腐蚀与防止第四章热力设备的结垢与防止第五章锅炉化学监督第一章火电厂水处理概论第一节火电厂水处理的作用第二节火电厂中水的分类第三节火电厂中的水处理第一节火电厂水处理的作用¾水在火电厂中起着能量传递、水变成高温后蒸汽后推动汽轮机旋转和冷却等作用。第二节火电厂中水的分类（一）¾生水——又称原水，是指未经处理的天然水，如江河水、湖水、地下水等。¾补给水——是指生水经过各种方法处理后，用来补充火电厂中水、汽循环系统损失的水。¾凝结水——在汽轮机作完功后的蒸汽经凝汽器冷却成的水，称凝结水。第二节火电厂中水的分类（二）¾给水——送往锅炉的水称之为给水。凝汽式发电厂的给水主要由凝结水、补给水和各种疏水组成。热电厂还包括返回凝结水。¾锅炉水——在锅炉本体的蒸发系统内流动着的水，称之为锅炉水，简称炉水。¾疏水——火电厂内部各种蒸汽管道和用汽设备中的蒸汽凝结成的水称之为疏水。第二节火电厂中水的分类（三）¾返回凝结水——热电厂向用户供蒸汽后，回收蒸汽凝结水称为返回凝结水，简称返回水。¾冷却水——作为冷却介质的水称之为冷却水。™在火电厂中，冷却水主要是指通过凝汽器用以冷却汽轮机排汽的水。第三节火电厂中的水处理一、锅炉补给水处理二、凝结水处理三、给水处理四、炉水处理五、冷却水处理一、锅炉补给水处理¾为了维护火电厂热力系统的正常水、汽循环，机组在运行过程中必须要补充机组运行中的水、汽损失，补充的这部分水称之为锅炉的补给水。¾补给水要经过沉淀、过滤、除盐等水处理过程，把水中的有害物质除去后才能补入水、汽循环系统中。水、汽损失，包括以下几方面：•锅炉：汽包锅炉的连续排污，定期排污、汽包安全阀和过热器安全阀排汽、蒸汽吹灰、化学取样等。•汽轮机：汽轮机轴封漏汽、抽汽器和除氧器的对空排汽和热电厂对外供汽等。•各种水箱：如疏水箱、给水箱溢流和其相应扩容器的对空排汽。•管道系统：各种管道的法兰连接不严和阀门泄漏等。二、凝结水处理¾对于直流锅炉和部分300MW及以上的汽包锅炉的机组，由于锅炉对水质要求非常严格，通常要对凝结水进行精处理。¾凝结水物理处理包括电磁过滤、强磁除铁过滤、纸浆过滤和树脂粉末过滤等。¾凝结水化学处理包括阳离子交换和精除盐等。¾在火电厂中应用最多的精处理设备是高速混床。强磁除铁器锅炉的排污率¾凝汽式300MW以上机组的补水量一般不超过锅炉额定蒸发量的1.0%。¾锅炉的最低排污率不应小于0.3%。三、给水处理¾给水水质即使很纯，也会对给水系统造成腐蚀。¾选择适当的给水处理方式，就是将给水系统的金属腐蚀降到最低限度。¾给水三种处理方式：还原性全挥发处理、氧化性全挥发处理和加氧处理。¾各电厂可根据机组的材料特性、炉型及给水纯度采用不同的给水处理方式。四、炉水处理™对于汽包锅炉，由于炉水的高度浓缩，即使给水很纯炉水也可能达到腐蚀、结垢的程度。™选择适当的炉水处理方式，就是将炉水的腐蚀、结垢降到最低限度。™目前有三种炉水处理方式，即磷酸盐处理、氢氧化钠处理和全挥发处理。™各电厂可根据炉型、凝结水处理的配置以及给水、炉水纯度采用不同的炉水处理方式。五、冷却水处理‰对于所有的冷却水一般都应采取杀菌、灭藻措施。‰对于采用冷水塔冷却的机组，由于水在冷水塔蒸发，所以需要大量的补水。一般占整个电厂用水量的70%左右。‰容易发生腐蚀、结垢问题。需要加阻垢剂和缓蚀剂。第二章热力设备在运行期间的腐蚀与防止第一节金属腐蚀简介第二节运行期间给水系统的腐蚀及防止第三节炉水系统金属的腐蚀与防止第四节蒸汽系统的防腐与防积盐第一节金属腐蚀简介金属材料与周围的介质发生了反应而遭到破坏的现象称之为金属腐蚀。破坏的结果不但损坏了其固有的外观形态，而且也破坏了金属的物理和化学性能。腐蚀其实是一个相对概念，金属无论接触到什么介质，都会发生腐蚀，只不过腐蚀速度不同而已。一、按照腐蚀机理分类1.化学腐蚀金属与周围介质直接发生化学反应引起的腐蚀。这种腐蚀多发生在干燥的气体或其它非电解质中。2.电化学腐蚀金属与周围介质发生了电化学反应，在反应过程中有局部腐蚀电流产生的腐蚀。高温烟气腐蚀（化学腐蚀）照片潮气腐蚀（电化学）二氧化碳+氧腐蚀照片积水腐蚀（电化学腐蚀）按照腐蚀的形态分类1.均匀腐蚀是指金属表面几乎全面遭受腐蚀。2.局部腐蚀是指腐蚀主要集中在金属表面的某个区域，而其它区域几乎未遭到任何腐蚀的现象均匀腐蚀照片•疏水阀阀体底部均匀腐蚀局部腐蚀常见的类型1)小孔腐蚀2)溃疡状腐蚀3)选择性腐蚀4)穿晶腐蚀5)晶间腐蚀也称苛性脆化6)电偶腐蚀1.小孔腐蚀腐蚀集中在个别点上，腐蚀向纵深发展，最终造成金属构件腐蚀穿孔。小孔腐蚀照片（黄铜管）小孔腐蚀照片（不锈钢）小孔腐蚀照片（碳钢）水冷壁小孔腐蚀×502.溃疡状腐蚀在金属某些部位表面上损坏较深，腐蚀面较大的腐蚀。溃疡状腐蚀照片3.选择性腐蚀•在合金的金属表面上只有一种金属成分发生腐蚀。该腐蚀使金属的强度和韧性降低，如黄铜脱锌的腐蚀。选择性腐蚀照片（均匀脱锌）选择性腐蚀照片（栓状脱锌）4.穿晶腐蚀•腐蚀贯穿了晶粒本体，使金属产生极其细微难以察觉的裂纹。5.晶间腐蚀也称苛性脆化。腐蚀沿着晶粒的边界进行，形成极为细小的交错的裂纹。这种裂纹人的眼睛无法发现，只能借助专门的仪器检查。晶间腐蚀照片6.电偶腐蚀•也称异金属接触腐蚀。两种以上的金属接触，由于各自的腐蚀电位不同，接触后形成电位差，使其中的一种金属发生快速腐蚀。•发生电偶腐蚀的必要条件：1、两种金属在同一介质中的电位不同；2、所处的介质是导电的。•电位差越大、介质的导电性越强，电偶腐蚀速率越快。电偶腐蚀照片二、影响金属腐蚀的因素1.水中杂质的影响锅炉炉水的浓缩倍率一般在几十倍到几百倍。2.水中溶解气体的影响在高温、高压条件下，水的溶解氧量、电导率和pH值是影响金属腐蚀的关键因素。3.金属所处的温度、压力以及应力等影响温度升高会加剧金属的腐蚀，压力过高会使金属薄弱部位发生爆破；金属在腐蚀介质的环境中，在拉用力的作用下容易产生应力腐蚀裂开，合金钢和不锈钢尤为敏感。第二节运行期间给水系统的腐蚀及防止一、运行期间给水系统的腐蚀二、防止运行中给水系统金属腐蚀的方法一、运行期间给水系统的腐蚀（一）•1．溶解氧腐蚀（1）原理：溶解氧腐蚀是一种电化学腐蚀，溶解氧在阴极还原和铁原子在阳极氧化而形成腐蚀原电池。（2）特征：钢铁发生溶氧腐蚀时，在其表面往往形成直径1～30mm的小鼓包，鼓包表层的颜色有黄褐色到砖红色，次层是黑色粉末状的腐蚀产物，去掉腐蚀产物后金属基体留有腐蚀坑。（3）腐蚀部位：在给水系统中，温度越低水中的溶解氧浓度越高，氧腐蚀越严重。氧腐蚀照片二、运行期间给水系统的腐蚀（二）•2．二氧化碳腐蚀¾二氧化碳溶解于水后会降低水的pH值，引起酸性腐蚀。低pH值会破坏金属表面的氧化膜，促进和加速金属的腐蚀速度。¾二氧化碳腐蚀主要发生在低压给水系统。系统中二氧化碳的主要来源是补给水带入。将补给水喷淋到凝汽器中可以利用真空负压抽气系统除去补给水中的二氧化碳和溶解氧。二、防止运行中给水系统金属腐蚀的方法•1.还原性全挥发处理•2.氧化性全挥发处理•3.加氧处理1.还原性全挥发处理¾锅炉给水加氨水和还原剂（又称除氧剂，如联氨）的处理称之为还原性全挥发处理，英文为allvolatiletreatment(reduction)，简称AVT(R)。¾AVT(R)特别适用于低压加热器含铜合金的机组。2．氧化性全挥发处理¾锅炉给水只加氨水的处理，称之为氧化性全挥发处理，英文为allvolatiletreatment(oxidation)，简称AVT(O)。¾对于无铜系统的机组，采用AVT(O)后通常给水的含铁量会有所降低，省煤器和水冷壁管的结垢速率相应降低。¾AVT(O)适用于低加不含铜合金的机组。3.加氧处理¾锅炉给水加氧的处理，称之为加氧处理，英文为oxygenatedtreatment，简称OT。¾OT适用于低加不含铜合金，并能长期保持较好的给水水质的机组。加氧处理优、缺点¾采用OT可使给水系统FAC现象减轻或消除，给水的含铁量降低，省煤器和水冷壁管的结垢速率降低，锅炉化学清洗周期延长；凝结水精处理混床的运行周期延长。¾OT对水质要求严格，对于没有凝结水精处理设备或凝结水精处理运行不正常的机组，给水的氢电导率难以达到小于0.15μS/cm的要求，不宜采用OT。流动加速腐蚀照片高加盘香管第三节炉水系统金属的腐蚀与防止一、锅炉水冷壁管常见的腐蚀二、防止运行中炉水系统腐蚀的方法1．垢下的腐蚀¾定义：当锅炉水冷壁管内表面附着有水垢或水渣时，在其下面会发生严重的腐蚀，这种腐蚀通常称为垢下腐蚀。¾危害：①阻碍管壁与炉水正常的热交换；②引起垢下的化学成分与炉水主体成分有显著的差异③引起酸性或碱性腐蚀。¾部位：垢下腐蚀一般发生在热负荷高的部位，如燃烧器附近、水冷壁向火侧等。垢下腐蚀照片1垢下腐蚀照片2酸洗垢下腐蚀照片2．酸性磷酸盐腐蚀¾定义：加入Na2HPO4，使得Na与PO4的摩尔比在2.6以下造成磷酸盐隐藏并发生腐蚀。¾特征：酸性磷酸盐腐蚀和碱性沟槽腐蚀很相似，一般都发生在向火侧。酸性磷酸盐腐蚀照片3.酸腐蚀™有下列因素之一就可能发生酸性腐蚀¾当冷却水为海水、苦咸水（CI－含量在500mg/L以上的地下水）直接泄漏到水、汽循环系统。¾精处理混床运行不当有CI－漏出。¾或树脂进入水、汽循环系统。4.碱腐蚀当冷却水为碳酸盐含量较高的河水或湖水时，如果凝汽器发生泄漏，冷却水直接进入锅炉，将在炉水中高温分解产生游离的氢氧化钠，会使沉积物下的炉水的pH值上升到13以上，会破坏金属保护膜，发生碱性腐蚀。水冷壁管碱性腐蚀碱性腐蚀照片防止运行中炉水系统腐蚀的方法¾炉管发生腐蚀的基本条件是水冷壁上有沉积物和浓缩的炉水有侵蚀性。¾要防止锅炉的腐蚀，要从防止炉管形成沉积物和消除炉水侵蚀性两方面着手。防止方法1.对于新安装的锅炉进行化学清洗以除去水冷壁管上的铁锈或附着物。2.减少给水中的铁、铜含量，防止这些腐蚀产物在锅炉中形成铁、铜垢。防止方法3.提高给水品质，尽可能降低给水中杂质的含量。要严格防止冷却水直接漏入水、汽循环系统；严格控制给水的氢电导率、氯离子含量和pH值。4.选用合理的锅炉水处理方式，调节炉水成分，减轻或消除炉水的侵蚀性第四节蒸汽系统的防腐与防积盐¾通过给水处理和炉水处理来间接控制蒸汽系统的腐蚀；¾通过控制锅炉的运行方式和炉水水质来间接控制蒸汽的品质。蒸汽系统的腐蚀与防止¾氧化皮的生成与剥离¾加工过程形成的氧化膜•在制造过程中过热器管的氧化层是在高温条件下形成的，通常在570℃以上的高温条件下，由空气中的氧和金属直接反应形成氧化层。该氧化层分三层，由钢表面起向外依次为FeO、Fe3O4、Fe2O3，如图1所示。图1温度高于570℃时铁管表面加工形成的氧化物氧化物的形成示意图氧化皮的生成与剥离¾运行中形成的氧化膜蒸汽管道内壁在运行后所形成的氧化膜主要是由水蒸汽和铁形成的氧化膜，该膜分二层，因此称为双层膜。内层称为原生膜(Topotactisheschicht)，外层称为延伸膜(Epitaktisheschicht)，是由于铁离子向外扩散，水中的氧离子向里扩散而形成的。内层的原生膜是水中的氧离子对铁直