電站鍋爐受熱面管高溫腐蝕機(jī)理及措施

1、電站鍋爐受熱面管高溫腐蝕機(jī)理及措施摘 要：在電站鍋爐檢驗(yàn)中常發(fā)現(xiàn)受熱面管（水冷壁 管、過(guò)熱器管、再熱器管、省煤器管）的高溫腐蝕現(xiàn)象。本 文詳細(xì)的介紹了受熱面管內(nèi)部水、汽腐蝕及外部煙氣腐蝕機(jī) 理，并提出了在煤粉中加添加劑、對(duì)管壁外壁噴涂與內(nèi)壁噴 丸、控制煤粉細(xì)度等緩解、防范高溫腐蝕的措施。關(guān)鍵詞：電站鍋爐；受熱面管；高溫腐蝕近 10 年來(lái)，隨著大容量、高參數(shù)的 60MW 及 100MW 超超臨界火電機(jī)組相繼投產(chǎn)，電站鍋爐事故日趨增多。在鍋 爐事故中，受熱面管（水冷壁管、過(guò)熱器管、再熱器管、省 煤器管 .又稱(chēng)“四管” ）的爆漏拉裂事故最為常見(jiàn)，約占鍋爐 事故的 71.7% 1，2。 我國(guó)大型火電站

2、鍋爐四管爆漏引起的 停爐占機(jī)組非計(jì)劃停用時(shí)間約 40%，占鍋爐設(shè)備非計(jì)劃停用 時(shí)間約 70%3 。受熱面管的爆漏拉裂事故造成機(jī)組的非計(jì)劃 停運(yùn)，對(duì)電廠(chǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行威脅極大。本文針對(duì)鍋爐受熱面管高溫腐蝕本文提出了幾種有效 的防治措施，希望減少因高溫腐蝕而帶來(lái)的安全事故和經(jīng)濟(jì) 損失。1 爐管內(nèi)部的水、汽腐蝕 爐管內(nèi)部的水、汽腐蝕主要為高溫水蒸汽氧化腐蝕、氧腐蝕等1.1 高溫水蒸汽氧化腐蝕Cr-Ni 系奧氏體耐熱不銹鋼， 因其具有高熱強(qiáng)性和抗氧化 性，被廣泛地應(yīng)用于大型鍋爐機(jī)組高溫過(guò)熱器和高溫再熱器 中。它在570 C以下溫度使用時(shí)，具有良好的綜合機(jī)械性能 及熱強(qiáng)性，但是在使用過(guò)程中管內(nèi)壁

3、在高溫水蒸汽的作用下 極易形成氧化膜。形成的氧化膜一般為雙層結(jié)構(gòu)的氧化層， 外層由Fe的氧化物（Fe2O3、Fe3O4）組成，內(nèi)層由尖晶石 結(jié)構(gòu)的（Fe，Cr） 3O4組成。由于基體金屬與氧化膜存在物 理特性上的差異，特別是氧化膜的線(xiàn)膨脹系數(shù)較奧氏體不銹 鋼小，當(dāng)氧化膜達(dá)到一定厚度時(shí)，在鍋爐啟動(dòng)及停爐過(guò)程中 極易發(fā)生剝落， 剝落的氧化物堆積在垂直管屏的 U 型彎頭底 部，氧化膜剝落堵管或引起超溫爆管泄漏事故，也會(huì)引發(fā)汽 輪機(jī)入口部分的固體顆粒侵蝕及損害汽輪機(jī)葉片，當(dāng)氧化物 進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)，會(huì)成為熱力設(shè)備易結(jié)垢部位的沉積物。1.2 氧腐蝕 對(duì)于鍋爐元件來(lái)說(shuō)，煙氣側(cè)以化學(xué)腐蝕為主，汽水側(cè)以 電化學(xué)

4、腐蝕為主。在受熱面管汽水側(cè)的鋼材表面，由于各種 原因形成了電化學(xué)不均勻性，當(dāng)內(nèi)表面與含氧水接觸時(shí)，會(huì) 組成腐蝕微電池，發(fā)生如下反應(yīng)：Fe Fe2+ + 2eO2 + 2H2O + 4e 4OH-Fe2+ + 20H- Fe (OH) 2鋼材表面的部分鐵原子移入爐水成為帶正電的鐵離子， 鋼材上保留多余的電子帶負(fù)電荷。當(dāng)鐵離子不斷進(jìn)入爐水后， 管壁上逐漸出現(xiàn)坑洞。由于反應(yīng)生成的 Fe( OH) 2 是不穩(wěn)定 的，會(huì)使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，最終產(chǎn)物為 Fe(OH) 3和 Fe3O4。4Fe( OH) 2+2H2O+O24Fe ( OH) 3Fe( OH) 2+2Fe( OH) 3Fe3O4+4H2O受熱面管

5、水中的溶解氧具有去極化的作用，會(huì)使反應(yīng)過(guò) 程加劇。去極化作用與含氧量的多少相關(guān)，所以含氧量決定 著腐蝕的強(qiáng)弱。2 鍋爐煙氣側(cè)高溫腐蝕 鍋爐受熱面管煙氣側(cè)的高溫腐蝕主要為：硫腐蝕。2.1 硫腐蝕 高溫硫腐蝕根據(jù)高溫環(huán)境中硫的存在形式不同，大致可 分為：高溫硫化、 混合氣氛下的硫化 -氧化導(dǎo)致的高溫硫腐蝕。( 1)高溫硫化。高溫硫化是指硫與金屬高溫反應(yīng)而導(dǎo) 致的腐蝕，當(dāng)環(huán)境中的氧分壓很低而硫分壓很高時(shí)，此時(shí)的 環(huán)境為還原性氛圍，金屬會(huì)與氣體硫和有機(jī)堿發(fā)生高溫硫化 反應(yīng)，金屬硫化反應(yīng)速率比氧化反應(yīng)快得多，且硫化腐蝕危 害更大。高溫硫化的具體反應(yīng)式：煤粉中的FeS2熱解出自由的硫原子：FeS FeS+

6、S當(dāng)爐膛內(nèi)管壁周?chē)植砍霈F(xiàn)還原性氣氛時(shí)，管壁附近的S02和H2S反應(yīng)也會(huì)生成自由的硫原子：SO2+2H2S2H2O+3S在還原性氣氛下，沒(méi)有過(guò)剩的氧原子時(shí)，S將直接與Fe反應(yīng)，從而使管壁產(chǎn)生腐蝕：Fe+S FeS反應(yīng)不斷地進(jìn)行，管壁就不斷發(fā)生腐蝕減薄。（2）混合氣氛下的硫化 -氧化。在含硫和氧的混合氣氛 中，金屬常受到硫化、氧化、硫化 -氧化為主的腐蝕。實(shí)際工業(yè)環(huán)境中往往是硫和氧的混合氣氛，所以此類(lèi)腐 蝕具有普遍性，根據(jù)氧和硫的含量差異，可分為下面三種情 況：（1）當(dāng)氣氛中的氧分壓高于氧化物分解壓力時(shí)，反應(yīng) 主要為氧化反應(yīng)，形成氧化物。（ 2）當(dāng)氣氛中的硫分壓高于硫化物分解壓力時(shí)，反應(yīng) 主要為

7、硫化反應(yīng)，形成硫化物。（3）當(dāng)氣氛中的硫、氧分壓處于硫化物和氧化物的分 解壓時(shí)，同時(shí)發(fā)生硫化和氧化反應(yīng)，硫化物和氧化物能夠平 衡共存。3 防止受熱面高溫腐蝕的措施3.1 采用外壁噴涂與內(nèi)壁噴丸技術(shù) 對(duì)受熱面管表面噴涂具有耐高溫腐蝕性能的涂層，能夠有效減輕高溫?zé)煔鈱?duì)管表面的損傷；對(duì)于奧氏體不銹鋼（含Cr 量 18%以上）管內(nèi)壁進(jìn)行噴丸處理，也已確認(rèn)可明顯減緩 高溫水蒸氣氧化速率。李辛庚等人的研究證明噴丸在中低合 金鋼方面具有一定效果。傅敏等人將外壁噴涂與內(nèi)壁噴丸的 技術(shù)結(jié)合起來(lái)，采用直接在鍋爐高溫受熱面上實(shí)際運(yùn)行的試 驗(yàn)方法，驗(yàn)證了該技術(shù)能夠顯著提高受熱面管內(nèi)外壁抗高溫 腐蝕性能。3.2 定期進(jìn)

8、行“四管”精細(xì)化檢查 建立健全鍋爐防磨防爆制度，根據(jù)國(guó)家和行業(yè)內(nèi)一系列 標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、制度和管理辦法， 認(rèn)真落實(shí)到設(shè)備管理的實(shí)處 在每次機(jī)組大小修時(shí)，由專(zhuān)業(yè)人員認(rèn)真開(kāi)展“四管”的深度 精細(xì)化檢查，使爆漏故障切實(shí)的得到減少。4 結(jié)語(yǔ) 電站鍋爐的受熱面管高溫腐蝕主要為爐管內(nèi)部的高溫 水蒸汽氧化腐蝕氧腐蝕以及煙氣側(cè)的氯腐蝕和硫腐蝕。且腐 蝕的過(guò)程也是多種類(lèi)型腐蝕的共同作用。針對(duì)腐蝕機(jī)理，本 文提出了采用外壁噴涂與內(nèi)壁噴丸及定期進(jìn)行“四管”精細(xì) 化檢查的措施。各火電廠(chǎng)必須根據(jù)受熱面管高溫腐蝕的原因，采取有針 對(duì)性的防范措施，使預(yù)防工作規(guī)范化、制度化，最終使受熱 面管爆漏的預(yù)防工作取得滿(mǎn)意的成效。參考文獻(xiàn)：1 趙旺初 .鍋爐技術(shù) J.1996，（06）：14.2 吳含蘊(yùn)，盧爾康 .中國(guó)電力 J.1995（05）：26.3劉鴻國(guó)，洪道文， 李耀君等 .鍋爐受熱面風(fēng)險(xiǎn)維修技術(shù) 的應(yīng)用 J. 浙江電力， 2