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看看火電廠受熱面腐蝕原理與種類(lèi)

2022-08-17 14:18:34 作者：鷹眼研究來(lái)源：鷹眼研究分享至：

為適應(yīng)國(guó)家火力發(fā)電行業(yè)“上大壓小”總體布局，提高燃煤效率從而降低煤耗、進(jìn)而降低對(duì)環(huán)境污染程度，實(shí)現(xiàn)2020年環(huán)保計(jì)劃，當(dāng)前全國(guó)火電行業(yè)均朝著高參數(shù)機(jī)組的趨勢(shì)發(fā)展，高壓力、高主/再熱蒸汽溫度的機(jī)組對(duì)設(shè)備與部件給出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。鍋爐受熱面作為重要的熱交換部位，在高參數(shù)的運(yùn)行條件下，更加容易產(chǎn)生腐蝕。本文分析了火電廠中受熱面的腐蝕原理與種類(lèi)以及措施，為受熱面防護(hù)與機(jī)組安全運(yùn)行提供了參考，為電廠安全環(huán)保運(yùn)行保駕護(hù)航，避免了環(huán)保超排，同時(shí)受熱面腐蝕減少，結(jié)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(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕，電化學(xué)腐蝕為金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，發(fā)生氧化還原作用而導(dǎo)致的腐蝕，電化學(xué)腐蝕在金屬表面形成了原電池，被腐蝕金屬為陽(yáng)極，電化學(xué)過(guò)程中，金屬陽(yáng)極失去電子被氧化變?yōu)榻饘匐x子，去極化劑得電子被還原，進(jìn)而再與金屬內(nèi)部組織或金屬離子發(fā)生反應(yīng)，相互影響，加劇腐蝕導(dǎo)致金屬的損壞。

化學(xué)腐蝕是指金屬材料在干燥氣體和非電解質(zhì)溶液中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成化合物的過(guò)程。金屬直接與酸性溶液接觸，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，如鍋爐尾部受熱面煙氣側(cè)容易發(fā)生的低溫腐蝕，是煙氣中的、與煙氣中的水發(fā)生反應(yīng)生成的、，該酸性溶液附著在金屬表面，與金屬反應(yīng)導(dǎo)致的腐蝕為化學(xué)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(xué)腐蝕。

二、受熱面腐蝕的種類(lèi)

通過(guò)觀察腐蝕產(chǎn)物，腐蝕形貌與腐蝕介質(zhì)的成分，將受熱面的腐蝕按照腐蝕形態(tài)來(lái)劃分種類(lèi)，可以分為氧腐蝕、亞硝酸鹽腐蝕、酸性腐蝕、應(yīng)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(jī)組運(yùn)行或者停用時(shí)，均能夠發(fā)生氧腐蝕。兩種腐蝕形式均是金屬在含氧的腐蝕介質(zhì)下的一種電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，但是腐蝕產(chǎn)物不同。該腐蝕經(jīng)常發(fā)生于省煤器進(jìn)口或者給水系統(tǒng)，導(dǎo)致金屬?gòu)?qiáng)度嚴(yán)重下降。

運(yùn)行氧腐蝕的過(guò)程如下：

停用氧腐蝕的過(guò)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(guò)320℃時(shí)，亞硝酸鹽便開(kāi)始分解，分解產(chǎn)生十分活躍的新生態(tài)氧，易于水冷壁內(nèi)表面發(fā)生反應(yīng)，生成高價(jià)氧化鐵，使水冷壁、省煤器在壁溫在該溫度附近的部位產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象。亞硝酸鹽腐蝕實(shí)際上是氧和鐵發(fā)生反應(yīng)，因此亞硝酸鹽腐蝕的特征與氧腐蝕類(lèi)似。但其產(chǎn)物一般是高價(jià)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(fā)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(dǎo)致水中PH低于7，都有可能產(chǎn)生析氫腐蝕。析氫腐蝕是以作為去極化離子的一種電化學(xué)腐蝕，該腐蝕常常發(fā)生于給水系統(tǒng)和凝結(jié)水系統(tǒng)，但是在省煤器中也有可能出現(xiàn)該類(lèi)型的腐蝕，其反應(yīng)如下：

2.4 應(yīng)力腐蝕（SCC）

金屬部件在特定的應(yīng)力條件下，與各種腐蝕共同作用，導(dǎo)致部件在低于其強(qiáng)度極限的條件下脆性斷裂現(xiàn)象，稱(chēng)為應(yīng)力腐蝕（SCC）。由于腐蝕形式的不同，應(yīng)力腐蝕又可分為陽(yáng)極溶解型應(yīng)力腐蝕和氫致開(kāi)裂型應(yīng)力腐蝕，前者是部件在應(yīng)力條件下產(chǎn)生氧腐蝕導(dǎo)致的應(yīng)力腐蝕，后者是部件在特定應(yīng)力條件下產(chǎn)生析氫反應(yīng)所導(dǎo)致的應(yīng)力腐蝕，氫致開(kāi)裂型應(yīng)力腐蝕又可細(xì)分為硝脆、堿脆、氯脆等，應(yīng)力腐蝕在各個(gè)部位都有可能發(fā)生，特別是焊縫處或異徑突變處。具體分類(lèi)參照下圖：

2.5 高溫腐蝕

在高溫下，金屬材料與環(huán)境中的氧、硫、氯、鉀、鈉等元素發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕稱(chēng)為高溫腐蝕，高溫腐蝕時(shí)常發(fā)生在壁溫較高的煙氣側(cè)水冷壁、屏式過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器、高溫再熱器等部位。高溫腐蝕分為3種類(lèi)型，硫酸鹽型，硫化物型，氯化物型，腐蝕通常為三種類(lèi)型的復(fù)合作用所導(dǎo)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(jié)在受熱面上產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象。煙氣中的與結(jié)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(diǎn)，便凝結(jié)在受熱面上，進(jìn)而對(duì)金屬表面造成腐蝕。燃料中硫含量越多，會(huì)顯著提高煙氣中的酸露點(diǎn)溫度，也就是說(shuō)，硫酸蒸汽更容易達(dá)到酸露點(diǎn)凝結(jié)為硫酸溶液，進(jìn)而發(fā)生腐蝕。這樣，一旦受熱面壁溫低于酸露點(diǎn)溫度，低溫腐蝕就形成了。一般發(fā)生與省煤器尾段、空預(yù)器等部位。

2.7 晶間腐蝕

晶間腐蝕是一種由金屬內(nèi)部組織化學(xué)成分的差異和內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致的局部腐蝕，金屬內(nèi)部組織的差異會(huì)形成微電池，這是晶間腐蝕發(fā)生的根本原因。由于晶間腐蝕發(fā)生于組織內(nèi)部，因此，在金屬表面并不會(huì)出現(xiàn)明顯的腐蝕形貌，但是金屬內(nèi)部晶粒之間已經(jīng)喪失了結(jié)合力，材料強(qiáng)度完全喪失，失去金屬材料的基本特征，嚴(yán)重時(shí)輕輕敲打便會(huì)變得粉碎。對(duì)不銹鋼而言，晶間腐蝕是一種危害性很大的腐蝕現(xiàn)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(chǎn)生，提高其耐蝕性。

2.8 汽水腐蝕

在溫度大于400℃時(shí)，高溫蒸汽與管壁接觸，將會(huì)發(fā)生下列反應(yīng)：

這一系列的反應(yīng)會(huì)使材料表面脫碳，降低鋼材表面強(qiáng)度，產(chǎn)生的甲烷氣體積聚在鋼材內(nèi)部，不但會(huì)造成很大的內(nèi)應(yīng)力，還會(huì)形成微裂紋，進(jìn)而造成脆性破壞。汽水腐蝕常常發(fā)生于過(guò)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(shí)浸在導(dǎo)電性水溶液之間時(shí)，由于兩者電位不同，存在電位差驅(qū)使電子流動(dòng)，進(jìn)而形成腐蝕電池造成的腐蝕現(xiàn)象。其中陽(yáng)極腐蝕速度加快，陰極不會(huì)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(yáng)極被腐蝕。對(duì)鍋爐進(jìn)行化學(xué)清洗時(shí)，因控制不當(dāng)造成的管壁表面積銅，或者管壁不平整導(dǎo)致結(jié)垢，均能導(dǎo)致電偶腐蝕。

三、減少受熱面腐蝕措施

火電廠受熱面腐蝕現(xiàn)象是十分普遍的，從形式上來(lái)說(shuō)，腐蝕與金屬的使用條件在實(shí)際情況下，發(fā)生腐蝕往往多種因素復(fù)合的結(jié)果，因此，腐蝕的防控需要從多方面著手。

1. 嚴(yán)格將爐水中去極化劑和、腐蝕性陰離子等的含量控制在合理范圍內(nèi)，做好水質(zhì)凈化，給水除氧等措施。

2. 防止出現(xiàn)超溫的情況，金屬的使用部位與溫度是相互匹配的，超溫使金屬組織產(chǎn)生改變，降低其耐腐蝕性能。

3. 控制爐內(nèi)燃燒條件，在爐內(nèi)供給充足的氧氣，使燃料充分燃燒，同時(shí)，盡量使煤粉少?zèng)_刷管壁。

4. 控制燃料的質(zhì)量，各受熱面的腐蝕均與燃料質(zhì)量和燃燒條件緊密相關(guān)。燃料的硫分，灰分等指標(biāo)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，嚴(yán)格控制在合理范圍內(nèi)。

5. 加強(qiáng)火電廠金屬監(jiān)督，眾所周知，腐蝕現(xiàn)象不能杜絕，因此，加強(qiáng)對(duì)受熱面各部位金屬的金屬監(jiān)督工作，一旦發(fā)生腐蝕，分析原因并提出解決方案，防止腐蝕帶來(lái)的損失。

6. 使用金屬的材質(zhì)必須正確。選用合適的金屬材料，耐蝕性強(qiáng)的鋼材，使用時(shí)應(yīng)從經(jīng)濟(jì)和性能兩方面綜合考慮。

火力發(fā)電廠受熱面腐蝕因素很多，腐蝕無(wú)時(shí)不刻不在發(fā)生，因此，了解受熱面的腐蝕機(jī)理，并提出相應(yīng)的防護(hù)措施，對(duì)保護(hù)受熱面管子的安全，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，杜絕事故發(fā)生，確保電廠安全運(yùn)行有重要的指導(dǎo)意義。

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