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火電廠受熱面9種典型腐蝕原因及防控措施

2023-09-12 15:12:55 作者：腐蝕知識匯來源：腐蝕知識匯分享至：

為適應國家火力發電行業“上大壓小”總體布局，提高燃煤效率從而降低煤耗、進而降低對環境污染程度，實現2020年環保計劃，當前全國火電行業均朝著高參數機組的趨勢發展，高壓力、高主/再熱蒸汽溫度的機組對設備與部件給出了嚴峻的考驗。鍋爐受熱面作為重要的熱交換部位，在高參數的運行條件下，更加容易產生腐蝕。本文分析了火電廠中受熱面的腐蝕原理與種類以及措施，為受熱面防護與機組安全運行提供了參考，為電廠安全環保運行保駕護航，避免了環保超排，同時受熱面腐蝕減少，結焦減小，提高燃燒效率，降低了NOx和粉塵的生成。

一、金屬腐蝕原理

金屬的腐蝕分為電化學腐蝕和化學腐蝕，電化學腐蝕為金屬與電解質溶液接觸時，發生氧化還原作用而導致的腐蝕，電化學腐蝕在金屬表面形成了原電池，被腐蝕金屬為陽極，電化學過程中，金屬陽極失去電子被氧化變為金屬離子，去極化劑得電子被還原，進而再與金屬內部組織或金屬離子發生反應，相互影響，加劇腐蝕導致金屬的損壞。

化學腐蝕是指金屬材料在干燥氣體和非電解質溶液中發生化學反應生成化合物的過程。金屬直接與酸性溶液接觸，產生化學反應，如鍋爐尾部受熱面煙氣側容易發生的低溫腐蝕，是煙氣中的、與煙氣中的水發生反應生成的、，該酸性溶液附著在金屬表面，與金屬反應導致的腐蝕為化學腐蝕；高溫下金屬與氣體接觸被氧化，例如高溫爐氣等氧化性氣體使鋼材表面生成氧化鐵及表面脫碳的腐蝕也是化學腐蝕。

二、受熱面腐蝕的種類

通過觀察腐蝕產物，腐蝕形貌與腐蝕介質的成分，將受熱面的腐蝕按照腐蝕形態來劃分種類，可以分為氧腐蝕、亞硝酸鹽腐蝕、酸性腐蝕、應力腐蝕（SCC）、高溫腐蝕、低溫腐蝕、晶間腐蝕、汽水腐蝕、電偶腐蝕。

2.1 氧腐蝕

受熱面的氧腐蝕可以分為兩種，在機組運行或者停用時，均能夠發生氧腐蝕。兩種腐蝕形式均是金屬在含氧的腐蝕介質下的一種電化學腐蝕現象，但是腐蝕產物不同。該腐蝕經常發生于省煤器進口或者給水系統，導致金屬強度嚴重下降。

運行氧腐蝕的過程如下：

停用氧腐蝕的過程如下：

2.2 亞硝酸鹽腐蝕

亞硝酸鹽腐蝕是水冷壁爐水中的亞硝酸鹽，在溫度超過320℃時，亞硝酸鹽便開始分解，分解產生十分活躍的新生態氧，易于水冷壁內表面發生反應，生成高價氧化鐵，使水冷壁、省煤器在壁溫在該溫度附近的部位產生腐蝕的現象。亞硝酸鹽腐蝕實際上是氧和鐵發生反應，因此亞硝酸鹽腐蝕的特征與氧腐蝕類似。但其產物一般是高價氧化鐵，其顏色呈紅褐色。

2.3 酸性腐蝕

金屬材料與酸接觸，發生腐蝕析出氫氣，也是析氫腐蝕。水中含有鹽酸，或者游離的二氧化碳溶解導致水中PH低于7，都有可能產生析氫腐蝕。析氫腐蝕是以作為去極化離子的一種電化學腐蝕，該腐蝕常常發生于給水系統和凝結水系統，但是在省煤器中也有可能出現該類型的腐蝕，其反應如下：

2.4 應力腐蝕（SCC）

金屬部件在特定的應力條件下，與各種腐蝕共同作用，導致部件在低于其強度極限的條件下脆性斷裂現象，稱為應力腐蝕（SCC）。由于腐蝕形式的不同，應力腐蝕又可分為陽極溶解型應力腐蝕和氫致開裂型應力腐蝕，前者是部件在應力條件下產生氧腐蝕導致的應力腐蝕，后者是部件在特定應力條件下產生析氫反應所導致的應力腐蝕，氫致開裂型應力腐蝕又可細分為硝脆、堿脆、氯脆等，應力腐蝕在各個部位都有可能發生，特別是焊縫處或異徑突變處。具體分類參照下圖：

2.5 高溫腐蝕

在高溫下，金屬材料與環境中的氧、硫、氯、鉀、鈉等元素發生化學或電化學反應產生的腐蝕稱為高溫腐蝕，高溫腐蝕時常發生在壁溫較高的煙氣側水冷壁、屏式過熱器、高溫過熱器、高溫再熱器等部位。高溫腐蝕分為3種類型，硫酸鹽型，硫化物型，氯化物型，腐蝕通常為三種類型的復合作用所導致。

2.6 低溫腐蝕

低溫腐蝕是受熱面在壁溫較低的條件下，硫酸蒸汽凝結在受熱面上產生的腐蝕現象。煙氣中的與結合后生成蒸汽，在尾部受熱面，溫度較低，一旦溫度低于酸露點，便凝結在受熱面上，進而對金屬表面造成腐蝕。燃料中硫含量越多，會顯著提高煙氣中的酸露點溫度，也就是說，硫酸蒸汽更容易達到酸露點凝結為硫酸溶液，進而發生腐蝕。這樣，一旦受熱面壁溫低于酸露點溫度，低溫腐蝕就形成了。一般發生與省煤器尾段、空預器等部位。

2.7 晶間腐蝕

晶間腐蝕是一種由金屬內部組織化學成分的差異和內應力導致的局部腐蝕，金屬內部組織的差異會形成微電池，這是晶間腐蝕發生的根本原因。由于晶間腐蝕發生于組織內部，因此，在金屬表面并不會出現明顯的腐蝕形貌，但是金屬內部晶粒之間已經喪失了結合力，材料強度完全喪失，失去金屬材料的基本特征，嚴重時輕輕敲打便會變得粉碎。對不銹鋼而言，晶間腐蝕是一種危害性很大的腐蝕現象，在不銹鋼其中加入Ti、Nb等固碳元素能夠很好的防止晶間腐蝕的產生，提高其耐蝕性。

2.8 汽水腐蝕

在溫度大于400℃時，高溫蒸汽與管壁接觸，將會發生下列反應：

這一系列的反應會使材料表面脫碳，降低鋼材表面強度，產生的甲烷氣體積聚在鋼材內部，不但會造成很大的內應力，還會形成微裂紋，進而造成脆性破壞。汽水腐蝕常常發生于過熱器。

2.9 電偶腐蝕

電偶腐蝕是兩種不同的金屬或者化合物相互接觸，或者同時浸在導電性水溶液之間時，由于兩者電位不同，存在電位差驅使電子流動，進而形成腐蝕電池造成的腐蝕現象。其中陽極腐蝕速度加快，陰極不會腐蝕。電偶腐蝕的根本原因是兩者腐蝕電位的差異，腐蝕電位低的成為陽極被腐蝕。對鍋爐進行化學清洗時，因控制不當造成的管壁表面積銅，或者管壁不平整導致結垢，均能導致電偶腐蝕。