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最常见的锅炉应力腐蚀机理

1.锅炉腐蚀的原因


锅炉有外腐蚀和内腐蚀两种腐蚀类型。外部腐蚀主要由燃料燃烧后形成的烟气介质引起,内部腐蚀主要由蒸汽和水系统介质引起。由于部位和条件的不同,外部腐蚀可分为低温腐蚀和高温腐蚀。燃烧高水分、高硫燃料时,尾部受热面的低温部分会被腐蚀,称为低温腐蚀。燃烧煤或重油时,由于燃料中硫、钒或钠、钾盐的作用,过热器或再热器的高温管壁会被腐蚀,称为高温腐蚀。内部腐蚀是指锅炉给水中杂质浓缩沉淀引起的汽水系统结垢、积盐和金属腐蚀。锅炉爆裂管道的常见原因是氧腐蚀、水蒸气腐蚀和结垢腐蚀。当锅炉受热面上有水垢或沉积水渣时,水垢或水渣下形成的腐蚀称为水垢下腐蚀。垢下腐蚀可能是碱性腐蚀,也可能是酸性腐蚀,主要取决于锅水中所含物质和锅水的pH值。锅炉水垢下腐蚀多发生在锅炉水中。当水垢或水渣附着在金属表面时,由于沉积物传热性差,沉积物下的金属管壁温度升高,渗入沉积物下的锅炉水会迅速蒸发浓缩。这些浓缩后的杂质成分复杂,随着pH值的不同,会发生碱性腐蚀或酸性腐蚀。锅炉事故中,受热面(水冷壁、过热器、省煤器、再热器等。)因腐蚀造成的爆破损坏事故最严重,危害最大。当加热面管道爆裂时,会损坏相邻管壁,倒塌炉墙,在短时间内造成锅炉严重缺水,高温高压汽水喷出,容易造成人身伤害。


2.锅炉本体腐蚀的基本类型和机理


根据锅炉腐蚀的常见形式,可分为内部腐蚀和外部腐蚀两种类型。锅炉内部腐蚀的原因相对较多,如蒸汽腐蚀、应力腐蚀、碱腐蚀和氧腐蚀。内部腐蚀的形式是多种腐蚀相互叠加。外部腐蚀的原因相对简单,主要是由于锅炉长期处于高温环境中,与周围氧气发生反应,导致金属材料的氧化腐蚀。就锅炉本体的腐蚀机理而言,锅炉本体的腐蚀可根据原因分为电化学腐蚀和化学腐蚀。电化学腐蚀主要是指锅炉外部介质和金属材料在使用过程中受电化学影响而发生变化,导致锅炉本体在使用过程中发生腐蚀。化学腐蚀主要是指锅炉外部介质和金属材料受化学影响的变化[2]。


3.锅炉本体腐蚀现象


3.1锅炉应力腐蚀


在锅炉的内部腐蚀中,最常见的腐蚀是应力腐蚀。根据相关数据,由普通金属材料制成的锅炉内部会有应力腐蚀。应力腐蚀是指当有拉应力时,金属被破坏,会破坏内部材料,具有拉应力破坏性强、无法恢复的特点。如果发生这种破坏,需要快速处理。在锅炉使用过程中,最常见的锅炉应力腐蚀机理大致分为两种类型,一种是氢开裂,另一种是阳极溶解。锅炉金属在腐蚀介质和应力的双重作用下,腐蚀和破坏金属表面的氧化膜,导致金属表面形成无腐蚀区和腐蚀区,金属表面呈现阴极和阳极。阳极位置的金属溶解后形成离子,流向阴极位置,离子移动形成电流。由于腐蚀阳极面积减小,阳极会出现很大的电流,二次腐蚀和破坏表面。


3.2硫酸盐型高温腐蚀


国内外相关学者分析了锅炉积灰的腐蚀,了解到积灰中含有大量的金属元素和硫元素。通过对这些元素的分析,我们可以知道这些元素大多以复合硫酸盐的形式存在。对于这种现象,学者普遍认为锅炉中的物质在燃烧过程中会形成金属氧化物,氧化物会与三氧化硫发生化学反应,进而形成碱金属硫酸盐。因此,锅炉灰层中会出现不均匀的温度分布,导致温度梯度和温差。受温度梯度影响,汽化碱金属会扩散到低温位置,沉积在水冷壁管中。随着时间的推移,沉积量会逐渐增加,最终导致灰层中的温度和梯度上升,使沉积物扩散到管道表面,在金属秒表面的灰层中形成更多的硫酸盐。


3.3锅炉外部高温腐蚀


在锅炉的外部腐蚀现象中,最重要的是高温腐蚀。高温腐蚀反应过程非常复杂和乏味,这是由锅炉内的金属材料表面和高温烟气引起的。根据目前对锅炉高温腐蚀的研究情况,一般局部热负荷较高的区域,即管壁温度相对较高的区域,通常更容易发生高温腐蚀。其他区域的高温腐蚀现象较弱,甚至不会发生高温腐蚀现象。


4.锅炉本体的腐蚀防护措施


4.1合理设计,从源头控制锅炉腐蚀问题


对于锅炉本体的腐蚀保护,应优先考虑设计,从设计的不同阶段进行控制,有利于创造良好的运行环境,确保锅炉的安全运行。合理的设计可以从源头上控制锅炉腐蚀的产生。因此,相关人员必须做好设计工作。在设计过程中,要充分考虑可能出现的腐蚀问题,重点控制锅炉本体污垢下的腐蚀和应力腐蚀。同时,在设计过程中,还应根据相关标准进行设计,包括燃料问题、燃烧器的布置和炉型。,这样可以有效地控制腐蚀的发生。


4.2运行阶段进料控制工作


锅炉在运行过程中,通过良好的进料控制,可以解决锅炉腐蚀问题,预防和控制锅炉腐蚀问题。因为锅炉进料往往覆盖大量的结垢物质,这肯定会导致锅炉腐蚀问题。通过降低材料中钙镁离子和碳酸盐的比例,可以有效控制鼓励结构问题和游离问题的发生,避免二氧化碳对锅炉本体的腐蚀。此外,在运行过程中,还应控制锅炉给水的PH值,控制水中盐的含量,适当降低锅炉水的导电性,有利于控制电化学腐蚀问题的发生[3]。此外,锅炉在运行过程中应及时清除各种杂质和沉淀物,涂防腐涂料;采用高纯度再生剂等措施可消除潜在隐患,控制腐蚀问题的发生。


4.3做好锅炉管理工作


锅炉管理期间,企业应根据生产经营的具体情况制定锅炉运行管理和维护制度,要求相关人员按照制度实施管理、维护和维护工作,有利于及时控制和处理腐蚀问题。此外,工作人员应结合锅炉运行时间,制定停止防腐维护计划,及时维护锅炉,明确维护内容,提高锅炉质量,消除各种安全风险,避免腐蚀问题。例如,在锅炉管理和维护过程中,工作人员应彻底清理表面和烟道内的沉淀物,以确保锅炉本体外部的干燥。为了提高管理和防腐维护效果,工作人员可以尝试在锅炉外表面涂一层防腐涂料。对于锅炉清灰作业,清灰的选择必须符合国家有关标准。同时,为了保证清灰效果,避免清灰过程中对燃料正常燃烧的影响,可以选择具有雾化功能和效果的清灰剂。对于长期停用的锅炉,在锅炉管理和维护工作中,可选择湿法维护方法,在水中加入适量的磷酸三钠、碳酸钠、氢氧化钠等保护溶液,有利于控制锅炉中溶解氧的产生,抑制锅炉金属的腐蚀。


5.结束语


简而言之,为了从根本上控制各种腐蚀问题的发生率,应优先考虑早期设计工作,考虑可能出现的各种腐蚀问题,设计燃料、燃烧器和锅炉类型,有利于控制腐蚀问题的发生。此外,还应做好锅炉进料控制,降低钙、镁离子和碳酸盐在材料中的比例,有效控制和鼓励结构问题和游离问题的发生,避免锅炉腐蚀。最后,做好锅炉管理,建立维护管理体系,及时开展锅炉保护工作,如及时清灰工作,增加适量磷酸三钠、碳酸钠、氢氧化钠等保护溶液,可抑制锅炉本体腐蚀,确保其处于最佳运行状态。


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