锅炉腐蚀及防护

水质不良的危害水质不良的危害分类：结垢、腐蚀、汽水共腾一、水垢：当水中某种盐分在炉水中的浓度超过其相应的溶解度，及会从炉水中析出并形成沉淀物，形成水垢。水垢成分复杂一般是多种化合物的混合体，常见锅炉水垢组成性质及鉴定方法见下表常见锅炉水垢组成性质及鉴定方法垢样形状颜色组成性质简易鉴别方法碳酸盐水垢海绵状白色霞石方解石水镁石方解石坚硬霞石次之水镁石再次在5%-6%的盐酸中反应生成大量气泡，大部分可以溶解，不溶物很少硫酸盐水垢石膏状白色和黄白色硬石膏单硅石膏硬硅钙石坚硬致密在盐酸溶液中不易溶解，而且很少产生气泡，而箱溶液中加入10%的氯化钡后，立即很快产生大量白色沉淀硅酸盐水垢玻璃状灰色和灰白色硬石膏单硅石膏硬硅钙石坚硬致密在盐酸中难溶解，若用碱液鉴别可在800℃下溶解或加氢氟酸可溶解铁垢粘片棕褐色磁体垢或赤铁垢磁体垢质地疏松赤铁垢质地紧密加盐酸后，可溶解，溶液呈黄色油垢柔软状黑色有些质地柔软有些微密加入乙醚后，乙醚层变浅黄，或加入有机溶剂即可溶解二、腐蚀腐蚀分类：在用锅炉腐蚀停用锅炉腐蚀腐蚀危害：1、金属构件损坏2、增加锅炉水中的结垢成分例如混有铁，二氧化硅的1mm厚的水垢所造成的热损失，相当于4mm厚的其他成分的水垢3、产生垢下腐蚀：含有高价铁的水垢容易引起与水垢接触的金属铁的腐蚀在用工业锅炉的腐蚀1、高温水应力腐蚀损伤机理：高温水（＞300℃）环境中，尤其是偏酸性或碱性时，水的电离能力增强，在拉应力作用下金属构件高拘束区域发生的表面开裂，开裂过程与碱应力开裂相似损伤形态：1、开裂易发生于酸性或碱性高温水溶液焊接接头区域，尤其是硬度值高的部位2、后壁容器易产生较大的焊接残余应力，可能发生高温水应力腐蚀开裂3、裂纹一般为穿晶开裂受影响材料：300系列不锈钢、镍基合金易发生部位：电站锅炉中面临高温水环境的低合金高强度刚制设备或管道主要影响因素：1、应力水平：多在高残余应力部位发生，如未进行焊后消应力热处理的焊接接头和冷加工的变形区域2、PH值：300系列不锈钢在酸性和碱性溶液中的开裂敏感性较大，且酸性或碱性越强开裂敏感性越大3、材料强度：材料强度等级越高，发生腐蚀开裂敏感性越大4、材料组织：马氏体组织含量越多、发生腐蚀开裂敏感性越大5、溶解氧：存在溶解氧时会增大材料开裂敏感性6、温度：随温度升高开裂敏感性升高主要预防措施：1、对焊接接头进行焊后消除热应力处理2、对偏酸性或碱性溶液进行中和，控制溶液PH值接近7.0可降低开裂敏感性3、选用强度等级较低的金属材料4、通过热处理方法降低材料中马氏体组织的含量2、碳酸盐应力腐蚀开裂在碳酸盐溶液和拉应力共同作用下，碳钢和低合金钢焊接接头附近发生的表面开裂，是碱应力腐蚀开裂的另一种特殊情况。损伤形态碳酸盐应力腐蚀开裂常见于焊接接头附近的母材，裂纹平行于焊缝扩展，有时也发生在焊缝金属和热影响区；易在焊接接头的缺陷位置形成开裂，裂纹细小并呈蜘蛛网状；裂纹主要为沿晶型，裂纹内一般会充满氧化物。主要影响因素应力水平：在残余应力并非很高的部位，如未进行焊后消应力热处理的焊接接头、冷加工变形区域发生开裂；pH值和碳酸盐浓度：随pH和碳酸盐浓度的增加，开裂敏感性增加。典型开裂组合阈值有pH9.0且CO32-100ppm，或8pH9.0且CO32-400ppm；如果物料含氰化物时，开裂敏感性增加；主要预防措施对焊接接头(包括修补焊接接头和内、外部构件焊接接头)进行焊后消除应力热处理；敷设涂层，或选用奥氏体不锈钢、复合材料、镍基合金、其它耐蚀合金代替碳钢；热碳酸盐系统中在热处理或蒸汽吹扫前，应采用水冲洗未进行焊后热处理的管线和设备；3、碱腐蚀定义：高浓度的苛性碱或碱性盐，或因蒸发及高传热导致的局部浓缩引起的金属腐蚀锅炉给水过热，使锅炉管局部出现干湿交替，产生碱液浓缩的部位损伤形态：局部浓缩致碱腐蚀表现为局部腐蚀，锅炉管道的腐蚀沟槽或热障垢层下的局部减薄均属此类垢下局部腐蚀在垢层的遮掩下一般不太明显，使用带尖锐前端的设备轻击垢层可有助于观察到局部腐蚀情况水汽界面的介质浓缩区域在腐蚀后形成局部沟槽，立管可形成一个环形槽，水平或倾斜管可在管道顶端或在管道相对两边形成纵向槽温度高于79℃的高强度碱液可导致碳钢的均匀腐蚀，温度升高至95℃时腐蚀加剧主要影响因素碱浓度：碱浓度越高，腐蚀越严重。这里的碱指总碱量，包括工艺注碱、药剂含碱、泄漏混入碱盐；局部浓缩度：蒸发、沉积、分离等局部浓缩形成高浓度碱区；温度：温度越高腐蚀越严重。主要预防措施优化设计：注水降低碱浓度，或控制炉膛燃烧强度以避免炉管过热，或减少凝汽器入口的碱盐量；亦可对注入碱和介质进行有效的混合，避免碱在器壁高温部位发生浓缩；碳钢和奥氏体不锈钢在66℃以上的高浓度碱液中有严重的腐蚀倾向，镍基合金腐蚀速率相对较低。4、冷凝水腐蚀损伤描述及损伤机理锅炉系统和蒸汽冷凝水回水管道上发生的均匀腐蚀和点蚀，多由溶解的气体、氧气、二氧化碳引起。损伤形态1、除氧系统工作不正常时，很少的氧气就能引发锅炉冷凝水腐蚀，呈溃疡状，在金属表面形成黄褐色和砖红色鼓包，直径从1mm-30mm不等，由各种腐蚀产物组成，腐蚀产物去除后，可见金属表面的腐蚀坑2、冷凝水回水系统的腐蚀多由二氧化碳引起，腐蚀后管壁表面形成平滑凹槽受影响材料：主要为碳钢、以及一些低合金钢、300系列不锈钢和铜合金易发生的装置和设备：锅炉外部处理系统，除氧设备、给水管线、泵、冷凝水回水系统以及级间加热器、省煤器和蒸汽发生系统的水侧和受火侧主要影响因素1、关键因素为溶解氧的气体浓度（氧气和二氧化碳）、PH值、温度、给水水质和给水处理专用系统2、生成连续的四氧化三铁保护层并保持完好，足以实现对锅炉的腐蚀防护3、用来除结垢和沉淀的化学处理应与专用水设施和锅炉给水处理系统的除氧剂相匹配4、铜锌合金应避免与联氨、中和胺或含氨化合物的锅炉冷凝水接触主要预防措施1、除氧处理：在进行机械除氧的同时，根据系统压力情况进行化学药剂（催化亚硫酸钠和联氨）除氧，可减少系统含氧量，残存除氧剂被夹带到蒸汽发生系统，可除去除氧器下游混入的氧2、缓蚀剂：采用结垢或沉积物控制，或者四氧化三铁保护层防护的处理方案，如果不能降低冷凝水回流系统的二氧化碳，可能就需要添加胺类缓蚀剂主要预防措施系统改进：系统设计改进、运行优化和进行化学处理来防护，如冷换设备设计时冷却水走管程；温度：入口设计温度应低于57℃；流速：流速须有最小流速和最大流速范围限制，尤其是使用含盐水时；材质选用：选用耐蚀性好的材质，尤其对于在高含氯、低流速、高温度和/或水处理不当的冷却水系统中运行的换热设备；清洗：对换热管内外表面进行定期清洗。5.二氧化碳腐蚀金属在潮湿的CO2中发生的腐蚀损伤形态1、形成液相的部位发生腐蚀，CO2从气相中冷凝出来的部位2、腐蚀区域壁厚减薄，可能形成蚀坑或蚀孔3、在紊流区，碳钢发生腐蚀时可能形成较深的蚀坑或沟槽4、腐蚀一般发生在紊流和液体冲击区域，有时也会发生在管道根部主要影响因素:1、PH值：CO2分压高，PH值下降，腐蚀性增强2、温度：温度未达到溶液中CO2气体溢出温度前，随温度升高，腐蚀速率增大3、如果铬含量未达到12%以上，增加钢种铬的含量不能明显提高耐腐蚀能力腐蚀易发生部位:锅炉给水和蒸汽冷凝系统主要预防措施：1、缓蚀剂：在蒸汽冷凝水系统中加入缓蚀剂2、PH值：液相PH值提高到6.0以上可有效降低蒸汽冷凝水系统的腐蚀速率6、高温氧化腐蚀高温下金属与氧气发生反应生成金属氧化物的过程；损伤形态：多数合金，包括碳钢和低合金钢，氧化腐蚀表现为均匀腐蚀，腐蚀发生后在金属表面生成氧化物膜300系列不锈钢和镍基合金在高温氧化作用下已形成暗色的氧化物薄膜主要影响因素：温度：碳钢随温度的升高腐蚀加剧，538℃以上的碳钢的氧化腐蚀严重合金成分：铬元素可形成保护性氧化物膜，故碳钢和其他合金的耐高温氧化腐蚀性通常取决于材料的铬元素含量，300系列不锈钢在816℃以下有良好的耐蚀性易发生的装置或设备加热炉、锅炉和其他火焰加热设备等高温环境中运行的设备，尤其是温度超过538℃的设备和管道中主要预防措施：1、材质选用：通过材质升级可防氧化腐蚀。铬是影响耐氧化能力的主要合金元素，硅和铝等其他金属元素也有同样效果，但因其力学性能不利，添加量应控制。用于加热炉支架、烧嘴喷口和燃烧设备部件的特殊合金常添加这些元素2、保护层：敷设耐氧化的表面保护层7、燃灰腐蚀损伤机理：燃油或燃煤中的杂质（硫、钠、钾和钒），在加热炉、锅炉、燃气涡轮的金属表面沉积和融化，生成的熔渣溶解了表面的金属氧化物膜，使膜下新鲜金属裸露出来和氧气反应再次生成氧化铁等氧化物，如此反复加速材料在高温下的损耗损伤形态：1、燃油的燃灰腐蚀主要表现为结渣处的严重金属损耗，金属腐蚀速率可达2.5mm/年-25mm/年2、使用燃油的过热器和再热器沉积燃灰至少可分为两层：附着在部件上的沉积物最为重要，在室温下呈暗灰色或黑色的外观；熔融态硫酸盐将腐蚀产物烧结并覆盖在表面，形成粘着力很强的玻璃状硬垢。去除燃灰沉积物后，金属基体表面程鳄鱼皮状，腐蚀浅槽纵横交错3、使用燃煤时燃灰层的玻璃状硬垢层和基体金属间课件明显的平滑界面4、水冷壁开裂以环向为主，轴向相对少些，整体表现为环向凹槽5、熔融灰团形成时，只能维持住一定重量的灰分。重量过大时，熔渣会脱落，使一段无遮挡的光管暴露在燃烧室的热流下。水冷壁温度会发生跃升，估计幅度可达38℃，形成类似于热疲劳的开裂；蒸汽冷却管的机理也类似，只是温度跃升小一些，因此热疲劳损伤也轻微一些；过热器和再热器的鳄鱼皮状斑纹和燃煤锅炉水冷壁的环向开裂也类似易发生的装置和设备：1、所有使用含有杂质（硫、钠、钾和钒）燃油或燃煤的加热炉、燃气轮轮，以及使用含钒和钠杂质的燃油或渣油加热炉容易发生腐蚀；如果燃油中没有钒，燃油锅炉发生燃灰腐蚀的可能性很小2、加热炉金属表面温度低于熔渣熔点时不会发生腐蚀，但加热炉炉管的吊管架和支架因使用温度高，可能发生严重的燃灰腐蚀3、加热炉炉管产生结焦时，操作人员可能会增加热通量，使炉管部件温度升高，可能引起燃灰腐蚀4、过热器和再热器中容盐的熔点达538℃甚至更高，任何金属壁温比这些硫酸盐熔点更高的装置都可能会发生腐蚀5、水冷壁温度低于371℃时，腐蚀程度最轻。因此蒸汽压力不超过12.4MPa的部位几乎不会发生燃灰腐蚀受影响材料：1、所有加热炉和锅炉的常用材料2、50Cr-50Ni系列合金耐蚀能力强主要影响因素：1、温度：金属温度超过盐的融化温度时腐蚀才会发生，温度最高的部位腐蚀最严重2、合金成分：腐蚀速率因合金成分不同而变化，镍基合金耐蚀能力强3、熔渣类型：燃油燃料的燃灰中熔渣是五氧化二矾和氧化钠的混合物，或五氧化二矾和硫酸钠的混合物，熔点约538℃；燃煤的燃灰对过热器和再热器的腐蚀是硫酸铁钠和硫酸铁钾熔渣造成的，熔点在544℃-610℃间；水冷壁的燃灰腐蚀是焦硫酸钠和焦硫酸钾的混合熔渣造成的，熔点温度约371℃。气相中CO、H2S、H2含量较高，以及未燃烧的煤粉都会形成还原性条件，腐蚀加速，腐蚀速率是氧化性条件的2倍-5倍4、管子（尤其是奥氏体合金材质）表面的渗碳，会降低耐腐蚀性，加速金属的损耗主要预防措施：1、燃料改进：使用杂质含量低的燃料或进行掺混可减缓燃灰腐蚀2、设计优化：燃烧器合理设计，减少火焰冲击和局部过热等可能产生高温的状况3、工艺改进：燃烧时保持氧气过量实现燃料充分燃烧，或向燃料中添加特殊的添加剂提高炉渣熔点，并降低沉积物粘附在金属表面或熔解保护性氧化物膜的可能性；降低设备使用温度，使温度最高的部位不超过熔渣的熔点4、选材：管线吊管架和支架等容易产生高温的部件，可以改用50%Cr-50%Ni合金，如合金657，但可能需同时对吊管架的设计进行更改，以改善50%Cr-50%Ni合金低应力脆断问题锅炉水处理锅炉水处理常用工艺：常用膜