如何從化學監督方面防止鍋爐水冷壁管爆漏

1、前言

隨著用電需求的增長，國內火力發電機組參數和容量的迅速增大，火電廠因結垢、腐蝕所引起的鍋爐水冷壁管爆漏所帶來的經濟損失和社會影響也越來越嚴重。火電廠化學監督就是要防止或減緩熱力設備的結垢和腐蝕，當發現熱力設備有結垢或腐蝕時，及時提出合理處理措施，以防止結垢和腐蝕的進一步發展。

2、水冷壁管腐蝕機理

造成水冷壁管管壁腐蝕的原因主要有外壁煙灰吹蝕和內壁垢下腐蝕。管外壁腐蝕與爐內煙氣的流向有關，一般均勻減薄能夠用肉眼或手感找出位置。內壁腐蝕發生在管內部，發生位置是隨機的，只有在大小修期間通過割管檢查才能夠得出結論。

2.1 水冷壁管停運腐蝕

停運腐蝕是在水和氧同時存在時發生的電化學腐蝕,若鍋爐停運時不放水或者放水后有些部位仍殘留有積水,當有空氣溶入時,會迅速產生氧腐蝕。有時由于鍋爐放水后內部空氣相對濕度大,同樣也會產生氧腐蝕。停運氧腐蝕的產物疏松，與金屬的附著性差，腐蝕產物的表層是黃褐色銹。如果除掉這些腐蝕產物，便可看到金屬表面有大小不一的腐蝕孔。碳鋼蝕坑的產生部位一般取決于材料表面上金相結構的差別、夾雜物、熱加工或冷加工造成的性能不同、金屬表面的沉積物、縫隙以及表面的氧化膜不連續等因素。當材料表面因上述因素形成了局部的微陽極時，鐵會溶解成Fe2+ ，進入溶液的Fe2+ 被水中溶解氧氧化成Fe3+，繼而生成鐵的氧化物膜覆蓋其上，阻止了氧的擴散。這樣在腐蝕產物膜下形成缺氧的活化陽極區，外部是富氧陰極區，構成了原電池。電子可通過金屬從陽極區傳輸到陰極區，而溶液中的CL-則可通過腐蝕產物膜，從陰極區擴散進陽極區，使得蝕坑內陽極區溶液與蝕坑外陰極區溶液的差別進一步增大，金屬繼續加速溶解，形成的小蝕坑繼續擴展。

2.2 水冷壁管垢下腐蝕

由給水管路帶來或停爐時形成的含有氧化鐵及氧化銅的水渣在鍋爐水冷壁管受熱面內壁產生沉積，當向火內側內壁金屬與這些氧化物接觸時，產生如下反應。

4Fe2O3+Fe→3Fe3O4

4CuO+3Fe→Fe3O4 + Cu

反應是以化學方式進行，氧化鐵和氧化銅為陽極，管內壁金屬為陰極，陰極在反應中不斷地被腐蝕，這是垢下腐蝕的第一階段，當管內蒸汽與高于400°C 的鐵接觸時又將發生下列反應。

4H2O+3Fe→Fe3O4 +4H2↑

當水冷壁管內由于垢下腐蝕產生的氧化物造成蒸汽停滯或流速減小時，將發生上述反應，并在金屬表面形成磁性氧化鐵膜（Fe3O4），稱為“蒸汽腐蝕”，蒸汽腐蝕所生成的氫氣如果不能較快地被氣流帶走，將與鋼管表面發生作用，使之脫碳，造成鋼材變脆，所以也稱為“氫腐蝕”。

鍋爐腐蝕形勢不是單一的，從目前分析判斷水冷壁腐蝕形勢是停運氧腐蝕與垢下濃縮腐蝕共同作用的結果。

停運氧腐蝕一方面在停用期間就破壞了設備，另一方面停用時的因腐蝕部位表面粗糙、保護膜破壞而成為腐蝕的活性點，致使腐蝕及結垢加劇。垢下腐蝕一般發生于鍋爐水冷壁管向火側內壁，破壞形式如貝殼。垢下腐蝕發生后向深度發展，致使管壁穿孔爆裂。其次被腐蝕區域表面蓋有疏松的鐵銹層，造成管壁熱傳導性不良，局部管壁過熱，產生材質蠕變，甚至出現管壁向外鼓包，最終破裂。

3、鍋爐水冷壁管腐蝕特征

通過對熱力設備大小修檢查，發現水冷壁管內壁腐蝕有以下幾種主要特征：

⑴ 水冷壁管內壁多為大小不一的腐蝕坑，裂紋較少；

⑵ 腐蝕坑多數發生在向火側，以中間部位居多；

⑶ 腐蝕坑的面積大小，深度不同，隨運行時間、運行工況而發展；

⑷ 在爐墻上分布無規律。如某處出現爆管，而割開附近幾處管檢查都完好無損,運行一段時間又會在其它位置爆管。

4、水冷壁爆漏原因分析

鍋爐水冷壁管爆泄原因較復雜，總結可分為以下幾類

4.1 管壁過熱

4.1.1 機組升降負荷頻繁，導致爐管過熱產生熱疲勞

4.1.2 煤質原因，燃燒調整不當、火焰中心上移，造成爐膛出口煙溫偏高，使后屏過熱器和對流過熱器熱段常發生超溫，長期超溫使管材珠光體球化嚴重，易發生爆漏。

4.2 管外壁磨損

磨損可分為飛灰和機械磨損兩類，以飛灰為主，機械次之。影響磨損的因素很多，如飛灰粒度、灰粒的物理化學性質，受熱面的布置與結構方式、運行工況等。一般來講，飛灰粒度大，煙氣流速高，磨損嚴重。

4.3 管外壁腐蝕和焊接問題

火電廠燃煤中含有的Na、K、S 等元素在燃燒后產生氧化物，凝結在爐管上，與煙氣中的SO3反應成硫酸鹽，該硫酸鹽有粘性，形成結渣，煙氣中的SO3 穿過灰渣與爐管表面上的Fe2O3、硫酸鹽發生反應生成低熔點的復合硫酸鹽，當覆蓋于管壁外表面的硫酸鹽與管材氧化后生成的氧化物形成低熔點液態共晶時，就會導致爐管發生以電化學過程進行的熱腐蝕；局部還存在較嚴的沖蝕磨損。其次焊接質量也不能忽視，制造廠焊口問題，多因使用年限較長，在拉力長期作用下形成裂紋所致。

4.4 管內壁腐蝕（停運氧腐蝕、垢下腐蝕）

4.4.1 影響停運腐蝕的因素，一般有溫度、濕度、金屬表面液膜中的鹽份及清潔程度等。如果金屬表面水相中的氧化物和硫酸鹽濃度較大時，腐蝕速度增大；其次金屬表面有沉積物或水渣時也使停用時腐蝕嚴重。

4.4.2 水冷壁垢下腐蝕的影響因素

(1) 鍋內水處理方式。當爐水采用磷酸鹽處理時，因爐水pH 值較高，產生堿腐蝕的可能性大。即使采用協調磷酸鹽處理時，也會有游離堿存在，因而也可能產生堿腐蝕；

(2) 爐管表面狀態。爐管表面愈不光潔，沉積物愈多，愈不利于傳熱，會使管壁溫度升高，促進爐水局部濃縮引起爐水濃縮腐蝕；

(3) 給水成分。給水含鹽量高、凝汽器泄漏等均會促進腐蝕進一步；

(4) 熱負荷。實際表明，爐管熱負荷高的部位易產生爐水濃縮腐蝕；

(5) 鍋爐運行方式。當鍋爐超負荷運行或突然變負荷運行，易引起爐管局部壁溫過高，加劇爐水濃縮腐蝕。調峰機組鍋爐經常啟停或低負荷運行時，爐水水質變差，給水溶解氧和鐵、銅含量增加，也會加劇爐水濃縮腐蝕。

5、化學監督方面控制水冷壁管爆漏的措施

5.1 確保化學補給水水質。

隨機組容量增大，鍋爐補水量成比例增加，如果化學補給水水質不合格，大量雜質隨之帶入熱力系統，經蒸發濃縮，對熱力設備造成嚴重危害。要控制好補給水水質應注意以下方面：

5.1.1 保證化學制水設備運行、再生工作正常進行

(1) 運行人員應嚴格執行兩票三制，保證設備的正常運行；

(2) 設備再生時保證再生條件：再生液用量、濃度、流速、溫度、再生時間等；

(3) 按規定定期對樹脂進行大反洗，注意觀察樹脂層高度及樹脂外觀顏色；

(4) 注意源水水溫、PH 值及各種離子的含量。

5.1.2 除硅和除有機物問題

由于受水源影響，有機物、硅污染較為突出，常規通過加強凝聚處理，配合采用活性碳過濾器來解決，我廠采用一級除鹽前加裝超濾的方式，對膠體硅去除效果很好。

5.1.3 保證新樹脂的質量

新樹脂投運前必須進行預處理和交換容量的測定，確保離子交換樹脂在投入運行后能夠達到預期工況。

5.2 防止凝汽器泄漏滲漏、保證凝結水精處理的正常投運。

凝汽器的冷卻水多為生水，如凝汽器管發生泄漏會將大量的鹽類、固形物帶入熱力系統在一定的壓力、溫度下造成結垢和垢下腐蝕，同時大量的氧、二氧化碳等氣體，既會破壞真空度，影響熱效率，還會因溶解氧和pH 不合格進一步引起水冷壁結垢和腐蝕。對于海水冷卻機組因冷卻介質為含鹽量很高的海水，發生凝汽器泄漏會使爐水PH 值迅速降低，對熱力設備造成嚴重的破壞。

我廠為超臨界壓力直流爐，對汽水品質要求比較高，在凝結水處理方面采取以下措施：

(1)凝結水采用前置過濾器＋高速混床的處理方式以保證給水水質

(2)凝汽器安裝在線檢漏裝置并準備裝設凝結水鈉離子或硬度在線監測儀表

(3)海水冷卻水系統投加殺菌滅藻劑，避免有機物在凝汽器管內附著、繁殖。

5.3 保證熱力設備水汽質量關

防止熱力設備結構和腐蝕，汽水品質是關鍵。首先應加強機組整個系統的化學監督工作，其次保證分析測試的真實性和準確性，加快其儀表化和自動化進程，提高汽水品質合格率。在運行中應嚴格按照標準進行水汽質量控制，若發生異常要及時通知主控人員進行處理并對異常數據進行分析。機組啟動期間，嚴格按照啟動階段水汽標準進行化學監督，做到了不合格水質不回收，力求確保啟動后的水質正常。

5.4 搞好停爐保養工作

機組在停機檢修和備用的時候保養不當往往比運行中的腐蝕更加嚴重；所以如遇機組停運和調峰任務較重的情況，必須保證停爐保養工作。大修時要加強鍋爐的熱爐帶壓放水余熱烘干保護方法；短期保護時采用給水壓力法，應嚴格執行操作工藝，保證各指標合格。在基建階段，因條件困難，經常造成設備失保養的問題，所以在今后要尋找更加有效的停備用保護方法，創造條件對設備進行有效地保護等。

5.5 做好鍋爐的化學清洗

鍋爐水冷壁管結垢，由于垢的導熱系數比金屬小得多，金屬導熱系數比水垢大10～1000 倍，也就是垢的熱阻比金屬大 10～1000 倍。結垢后產生嚴重的管壁溫升，在結同樣成份和厚度垢情況下，鍋爐壓力溫度參數越高，其管壁溫升越高。結垢后，垢下產生腐蝕介質的濃縮，導致嚴重垢下腐蝕。又因管壁溫升，溫度升高10 度，腐 蝕速度增加2～4 倍。因此，結垢后，如不清洗，必將會引起管爆破。為此，要嚴格按照《化學監督制度》要求對達到清洗要求的鍋爐安排清洗。

5.6 做好機組大小修期間的化學檢查

機組大小修期間通過對汽包、水冷壁、水冷壁下聯箱、除氧器、過熱器、再熱器、省煤器、高加、低加、汽輪機本體、凝汽器等設備的化學檢查，能夠確定在此運行期間設備內結垢量、結垢速度及內部腐蝕情況。通過化學檢查能夠發現許多爆漏隱患。

在某廠2000 年機組大小修檢查中，發現水冷壁腐蝕情況較上次大修有了明顯的發展，且水冷壁垢沉積率較高，詳細檢查情況如下：

從上表對比可看出，2000 年大修時水冷壁垢沉積率較上次大修有大幅度增加。水冷壁向火側局部腐蝕深度由96 年的0.2mm 發展到2000 年0.8mm，背火側由0.5m 發展到1mm，且點蝕坑數量均有大幅度增加，呈密集狀分布。

此鍋爐于1959 年安裝，原來的爐內處理方式為協調磷酸鹽處理，99 年1 月實施低磷酸鹽處理，給水采用加氨處理。

6、結束語

如何作好化學監督工作，尋找導致腐蝕的原因并采取有效的防護措施，是一項長期而又艱巨的任務，需通過化學、鍋爐、汽機、熱工等部門通力合作，才能做好此項工作，保證機組安全、經濟、穩定的運行。