试论锅炉炉管腐蚀的基本原因及应采取的对策

摘 要 锅炉炉管腐蚀是一个化学或电化学过程。炉管腐蚀简单地说分为管内腐蚀和管外腐蚀，其各有不同的分类和对策。

关键词 锅炉 水管腐蚀 基本原因 对策

炉管腐蚀是一个化学或电化学过程，可分为管内腐蚀（这里特指水管锅炉，对于火管锅炉，应理解为“水”侧）和管外腐蚀（对火管锅炉应理解为“火”侧腐蚀）两大类。管内腐蚀又可分为汽水腐蚀、碱腐蚀、酸腐蚀、气体腐蚀和氢脆等；管外腐蚀有灰致腐蚀、还原性气氛腐蚀、露点腐蚀、应力腐蚀等之分。

一、管内腐蚀

（一）汽水腐蚀

汽水腐蚀是由于金属铁被水蒸汽氧化而发生的一种化学腐蚀。其特征是均匀腐蚀。过热蒸汽在450℃时，可直接与铁发生下列反应：

3Fe+4H20→Fe304+4H2↑

当温度为570℃以上时，其反应生成物为Fe203：

Fe+H20-*FeO+H2↑

2FeO+H20-+Fe203↑

防止汽水腐蚀的方法有：消除倾斜角度较小的蒸发段，确保水循环正常。对于热温度较高的过热器，应采用耐热、耐腐蚀性能较好的合金钢管等。

（二）碱腐蚀

碱腐蚀是通过强碱的化学作用，使管内壁面的Fe304保护膜遭到破坏，而后使金属基体遭到进一步氧化的一种化学腐蚀。

炉水的酸碱性应由添加HCL和NaOH来调节。当pH值保持在10～11时，铁的腐蚀速率变得很小。如果pH值保持在13以上，就会发生较严重的碱腐蚀。碱腐蚀与水处理方法的关系很大，氢氧化钠处理法是添加NaOH，将pH值保持在10～11左右，并用磷酸三钠来除去硬度的方法。该方法的缺点是固体物质较多，附着于管内表面，造成碱浓缩，产生碱腐蚀的危险很大。调整磷酸处理法是添加磷酸三钠，将pH值保持在10～10.5之间的方法。为了防止形成游离碱，应将Na+与P043-的比例保持在3以下，倘若添加过量的磷酸钠，则会在管壁的过热区析出磷酸盐。炉管局部过热，将会导致NaOH在该处浓缩。防止碱腐蚀要从防止炉管局部过热和降低炉水中NaOH浓度两方面入手。锅炉及时排污，可减轻碱腐蚀。另外，防止炉水受到碱性再生剂的污染，也是需要注意的方面。

（三）酸腐蚀

当浓缩炉水含有较多的MgCl2和Ca02，这两种化合物会与水作用生成盐，使炉水中氢离子的浓度增加。软化装置中酸性再生以及冷却塔的污染，酸性清洗后的残留液，都会使炉水酸化，发生如下酸腐蚀：

2H++Fe0→Fe2++H2↑

酸腐蚀一般发生在疏松的垢层下，热流密度较大和汽膜形成的区域。其特征是被腐蚀的炉管表面出现与碱腐蚀类似的麻点和凹坑，但由于Fe203不溶于酸性介质，故在酸腐蚀的炉管表面会出现红色氧化层（Fe203）。

防止汽膜形成和表面结垢，防止炉水污染，及时消除酸性残液，可以减轻酸腐蚀。

（四）气体腐蚀

锅炉给水中如含有较多的氧和二氧化碳气体，就会使炉管发生电化学腐蚀。电化学腐蚀是在金属表面形成若干微电池的结果。在微电池的阳极，铁失去电子，Fe2+的形式溶于水中，电子则留在金属表面。当炉水中含有氢、氧、二氧化碳等阳离子时，这些阳离子极易接受电子，金属表面上的电子会从微电池的阳极流向阴极，在阳极处与炉水中的阳离子结合而消失。于是，微电池阳极处的电平衡遭到破坏：使Fe2+继续溶入水中，从而使该处的金属不断遭到腐蚀。

此外，氧还能将溶于水中的Fe（OH）2氧化，生成Fe（OH）3沉淀，从而加快腐蚀。

防止方法是在锅炉给水中尽量除掉C02气体及碳酸化合物。

二、管外腐蚀

（一）灰致腐蚀

灰致腐蚀是在高温条件下，炉灰中形成的一些低熔点化合物，凝结在炉管表面而形成熔融层，破坏了原有的氧化层保护膜，从而加速了炉管材料的氧化过程。灰致腐蚀是过热器和再热器等高温炉管常见的腐蚀形式。对于燃油锅炉，重油中所含的钒附着在过热器或再热器等高温炉管上，形成低熔点化合物而腐蚀钢（称为钒腐蚀）。其氧化机理如下：

2Fe+2V205

→Fe203+3V2Fe203+2V205→2FeV046V204+302→6V205

金属表面附着的熔融状态的钒化合物，将外界提供给的氧向金属表面输送，使金属不断氧化，生成的氧化物不断被破坏，形成多孔物质而促进氧的供给。防止灰致腐蚀，应从控制炉管温度、提高凝结物熔点、控制烟气中氧含量、炉管表面处理和选材等方面考虑。考虑到烟灰凝结在金属表面，生成低熔点化合物而加速氧化，因此设计时必须适当保持管壁温度，运行时必须防止炉管超温。加入高熔点的化合物，可使金属表面凝结物的熔点上升。此外，降低过剩空气比例，可以遏止V2S05的形成，对炉管进行扩散渗透处理。例如，渗硅或渗铝等，可以提高其抗灰致腐蚀的能力。

（二）还原性气氛腐蚀

水冷壁炉管易受到还原性气氛腐蚀。在还原性气氛中会形成高温硫酸化合物（如Na2S207和K2S20NaS07），这些在高温下气化后的硫酸化合物遇到水冷壁炉管后，在其表面液化，从而将炉管表面的氧化层保护膜溶解，使炉管遭到不断的氧化腐蚀。还原性气氛腐蚀见于水冷壁炉管的顶部区域。烟灰中碳含量增高，说明燃烧不完全，存在还原性气氛。对于还原性气氛腐蚀，应在锅炉燃烧设计时予以重视。另外，炉管的选材和表面处理，也是减轻和防止还原性气氛腐蚀的一个途径。

（三）露点腐蚀

燃油锅炉的重油中通常含有2%～3%的硫，由于燃烧而生成二氧化硫气体，这样，在烟气中就会有约0.2%的S02，其中1%～2% S02受灰分和金属氧化物等的催化作用而生成三氧化硫（S03），它再与燃烧气体中所含的水分（约5qo_lO%）结合生成硫酸，在处于露点以下的金属表面凝结并腐蚀金属（即所谓硫酸露点腐蚀）。

要想从根本上解决硫酸露点腐蚀问题，就必须减少燃烧中的硫分来抑制硫酸的生成。为此，应使用含硫量在0.5%以下的燃油，或采取经精炼脱硫后的低硫重油。其次，降低过剩空气量也可以抑制S03的生成。为此，就需在燃烧器设计中给予充分考虑。加入能与S03化合而形成非腐蚀性化合物的物质。例如，把氢氧化镁制成浓度为12%的浆状水溶液，注入燃油中混合使用，或把NH3混入适量的空气中，用气体注入法，对防止腐蚀有明显效果。氢氧化镁注入后还能降低煤尘量，以缓和低过剩空气下的运行所带来的问题。

（四）应力腐蚀

应力腐蚀（或称应力腐蚀开裂）是指金属在特定腐蚀介质和一定水平拉应力的同时作用下发生的脆性开裂。应力腐蚀必须要三个条件同时具备，即一定水平的拉应力、特定的腐蚀介质以及对该腐蚀介质具有应力腐蚀敏感的钢材。炉管在内压以及热应力、焊接残余应力等的作用下，会具备一定水平的拉应力条件。多数钢材在氯离子及氢氧根离子环境中都会发生应力腐蚀。防止应力腐蚀应从应力、介质及材料三方面考虑。应尽量消除焊接残余应力，防止热应力的叠加，降低拉应力水平。

综上，由于炉管处于非常特殊的运行环境，只有充分认识这些腐蚀的起因，才能采取有效的预防措施，使炉管免遭腐蚀破坏。

（作者单位为吉林省三岔子林业局）

[作者简介：刘晓彦，吉林白山人。]