汽水品質對火力發電機組金屬材料腐蝕失效的影響

    科技專論

    作者：曾祥濤  魏晉  張曉蕾

    【摘要】汽水品質對火力發電機組金屬材料的影響很大，它會造成汽輪機葉片、汽包、水冷壁、過熱器、凝汽器、省煤器等熱力設備產生腐蝕失效，因而形成裂紋、腐蝕坑、穿孔等損傷，從而影響機組設備穩定運行，嚴重時造成事故停機。本文著重介紹了汽水品質對金屬材料腐蝕失效的特征，以及防止汽水品質對金屬材料腐蝕的方法。

    【關鍵詞】金屬材料；汽水品質；失效特征；防止方法

    1、前言

    火力發電廠熱力設備的運行常以水作為介質。如果水質不良，則會引起金屬的腐蝕失效。由於金屬材料與不合格水質發生化學或電化學反應而引起金屬材料的破壞叫做金屬的腐蝕。火力發電廠的給水管道，各種加熱器，鍋爐的省煤器、水冷壁、過熱器和汽輪機凝汽器等熱力設備，都會因水中含有溶解性氣體和腐蝕介質而引起腐蝕。腐蝕不僅會縮短金屬的使用壽命，而且由於金屬腐蝕產物轉入給水中，使給水雜質增多，從而又縮短了在熱負荷高的受熱麵上的結垢過程，結成的垢又會促進鍋爐管壁的垢下腐蝕。這種惡性循環，會迅速導致爆管事故的發生。所以沒有合格的汽水品質是影響火力發電廠熱力設備（鍋爐、汽機等）安全、經濟運行的重要因素之一，沒有合格的汽水品質會導致鍋爐受熱金屬材料組件內表麵腐蝕或堵塞，降低鍋爐效率，並可能引起爐管過熱，甚至爆管，因此，防止汽水品質對金屬材料腐蝕失效影響是一項重要的工作。

    2、汽水品質對金屬材料腐蝕失效的特征

    2.1氫腐蝕

    當鍋爐受熱麵管介質受到環境汙染而使爐水呈酸性是，介質中的氫離子會對管子造成損傷，使金屬產生脆化。一般將氫損傷的物理過程稱為“氫脆”，化學過程稱為“氫腐蝕”。氫腐蝕是氫在高溫高壓下，與鋼中的滲碳體發生化學反應，生成甲烷，甲烷在鋼中產生巨大的應力，使材料開裂或形成鼓包而破壞。出現氫損傷後，材料的力學性能下降。

    氫腐蝕造成的泄漏一般出現在水冷壁管上，其爆口特征一般無明顯減薄，破口邊緣粗鈍，沒有塑性變形和脹粗現象，爆口形狀像開了窗戶一樣，具有脆性斷裂特征。其微觀組織為管子內部存在裂紋，在主裂紋兩側有脫碳現象，珠光體減少或消失，當腐蝕嚴重時，表麵出現全脫碳層。在組織內部還可見細微的沿晶分布的微觀裂紋。氫腐蝕裂紋區的氫含量明顯升高，機械性能下降。

    2.2氧腐蝕

    氧腐蝕是鍋爐係統最常見的、較嚴重的腐蝕。氧腐蝕是由於鍋爐給水中的氧對陰極的去極化作用，使電化學腐蝕過程加快，由此形成的腐蝕就是氧腐蝕。鍋爐以水和汽為介質，鍋爐給水雖然已經過處理，但水通常仍溶解有一定的氧，溶解氧能引起碳鋼的吸氧腐蝕其反應為：

    陽極過程：Fe→Fe2+2e

    陰極過程：1/2O2+H2+2e→2OH-

    腐蝕電池反應：Fe+1/2O2+H2O→Fe（OH）2，因水中有溶解氧，故Fe（OH）2將進一步被氧化為Fe（OH）3，其反應為：4Fe（OH）2+O2+2H2O→4Fe（OH）3

    上述產物隨著條件不同，（如溫度、pH值、溶解氧含量）也可得到更為複雜的腐蝕產物：如FeO、Fe2O3、Fe3O4等。碳鋼受氧腐蝕後，破壞形式為點狀，常常在表麵形成許多小型鼓包直徑由不到一毫米到幾十毫米不等，當清除這些產物後，便可見金屬表麵上的潰瘍狀腐蝕坑陷，嚴重時產生小孔向外噴水，水溫越高，則產生的氧腐蝕後果越嚴重。

    鍋爐氧腐蝕產生的原因正常運行情況下，由於給水采取了除氧措施，水中氧含量很低，由於給水溫度較高，少量的氧在給水管道中就已耗盡，不會對鍋爐造成危害。但在除氧器運行不正常時，給水中溶氧量增加，就會對減溫器、省煤器乃至汽包金屬內壁造成嚴重氧腐蝕。

    鍋爐停運期間氧腐蝕產生有兩種：

    （1）在小修或大修停爐時，空氣進入鍋內，空氣中的氧就會很快腐蝕鍋內各係統金屬表麵，再加上鍋內金屬表麵上往往因受潮而附著一層水膜，空氣中的氧便溶解在此水膜中，這就給氧腐蝕創造了便利的條件；

    （2）故障停爐，鍋爐停止運行後，壓力減低，此時大氣中的氧氣便通過各個泄漏點迅速地進入氧分壓很低的鍋內，並溶解於水中造成腐蝕。

    鍋爐停用狀態下氧腐蝕，與運行中發生的氧腐蝕機理基本相同，但比運行時更嚴重，這不僅是因停用時進入了大量的氧氣，而且停用時鍋爐所有部件都能發生氧腐蝕。腐蝕範圍更大。由上可知鍋爐在運行或停爐狀態下都可能有氧腐蝕發生，且停運時腐蝕更大。因此控製進入鍋爐的氧氣含量對保證鍋爐安全運行具有重要的意義。

    2.3酸腐蝕

    酸腐蝕主要是析氫腐蝕。在鍋爐係統中，這種腐蝕經常發生在下列部位：

    （1）給水係統：

    給水係統運行中，由於二氧化碳的大量存在，會引起強烈的酸腐蝕。特別是經過H—Na離子交換或鈉離子交換加酸處理的給水，PH值經常在7以下，這種腐蝕將更為嚴重。

    （2）鍋爐內部：

    當鍋水氯化鎂含量較高時，在鍋內高溫（180℃以上）下，容易發生水解反應而生成酸。生成的鹽酸是一種強酸，它既能破壞金屬表麵氧化膜又能溶解鐵，在鍋水pH值較低情況下，腐蝕反應生成的鐵的氯化物，又可能與氫氧化鎂作用再次生成氯化鎂，氯化鎂又水解成鹽酸而引起金屬的腐蝕。

    （3）回水係統：

    回水係統很容易受到酸腐蝕，尤其是在含有溶解氧時。酸腐蝕的特征大多是均勻腐蝕，這種腐蝕雖然對金屬的強度破壞不大，但溶解鐵量較多，使給水中大量帶鐵，容易在鍋內形成鐵垢及產生垢下腐蝕。