電廠化學水處理之熱力設(shè)備腐蝕與防護

第七章熱力設(shè)備腐蝕與防護第一節(jié)鍋內(nèi)腐蝕基礎(chǔ)知識介紹目前在發(fā)電廠中比較常見的腐蝕是給水系統(tǒng)的腐蝕、鍋內(nèi)腐蝕、汽輪機腐蝕以及凝汽器銅管腐蝕等。本章對這幾個方面的腐蝕簡述如下。一、腐蝕類型金屬表面和它接觸的物質(zhì)發(fā)生化學或電化學作用，使金屬從表面開始破壞，這種破壞稱為腐蝕。例如，鐵器生銹和銅器長銅綠等，就是鐵和銅的腐蝕。腐蝕有均勻腐蝕和局部腐蝕兩類。(一)均勻腐蝕。均勻腐蝕是金屬和人侵蝕性物質(zhì)相接觸時，整個金屬表面都產(chǎn)生不同程度的腐蝕。(二)局部腐蝕。局部腐蝕只在金屬表面的局部位置產(chǎn)生腐蝕，結(jié)果形成潰瘍狀、點狀和晶粒間腐蝕等。圖13-13中所示的是各種腐蝕形狀。圖13-13腐蝕類型1．潰瘍狀腐蝕。這種腐蝕是發(fā)生在金屬表面的別點上，而且是逐漸往深度發(fā)展的。2．點狀腐蝕。點狀腐蝕與潰瘍腐蝕相似，不同是點狀腐蝕的面積更小，直徑在0.2~1毫米之間。3．晶粒間腐蝕。晶粒間腐蝕是金屬在侵蝕性物質(zhì)(如濃堿液)與機械應(yīng)力共同作用下，腐蝕是沿著金屬晶粒邊界發(fā)生的，其結(jié)果使金屬產(chǎn)生裂紋，引起機械性能變脆，造成金屬苛性脆化。4．穿晶腐蝕。穿晶腐蝕是金屬在多次交變應(yīng)力(如振動或溫度、壓力的變化等)和侵蝕性介質(zhì)(堿、氯化物等)的作用下，腐蝕穿過晶粒發(fā)生的，其結(jié)果使金屬機械性變脆以致造成金屬橫向裂紋。總之，局部腐蝕性能在較短的時間內(nèi)，引起設(shè)備金屬的穿孔或裂紋，危害性較大；均勻性腐蝕雖然沒有顯著縮短設(shè)備的使用期限，但是腐蝕產(chǎn)物被帶入鍋內(nèi)，就會在管壁上形成鐵垢，引起管壁的垢下腐蝕，影響安全經(jīng)濟運行。二、給水系統(tǒng)的腐蝕因素給水系統(tǒng)是指凝結(jié)水的輸送管道、加熱器、疏水的輸送管道和加熱設(shè)備等。這些設(shè)備的腐蝕結(jié)果，不僅使設(shè)備受到損壞，更嚴重的是使給水受到了污染。給水雖然是電廠中較純凈的水，但其中還常含有一定量的氧氣和二氧化碳氣。這兩種氣體是引起給水系統(tǒng)金屬腐蝕的主要因素。1．水中溶解氧。若水中溶解有氧氣，能引起設(shè)備腐蝕，其特征一般是在金屬表面形成許多小型鼓包，其直徑由一毫米至30毫米不等。鼓包表面的顏色有黃褐色或磚紅色，次層是黑色粉末狀的腐蝕產(chǎn)物。當這些腐蝕產(chǎn)物被清除后，便會在金屬表面出現(xiàn)腐蝕坑。氧腐蝕最容易發(fā)生的部位，是給水管道、疏水系統(tǒng)和省煤器等處。給水經(jīng)過除氧后，雖然含氧量很小，得是給水在省煤器中由于溫度較高，含有少量氧也可能使金屬發(fā)生氧腐蝕。特別是當給水除氧不良時，腐蝕就會更嚴重。2．水中溶解CO2。二氧化碳溶于水后，能與水結(jié)合成為碳酸(H2CO3)，使水的pH值降低。當CO2溶解到純凈的給水中，盡管數(shù)量很微小也能使水的pH值明顯下降。在常溫下純水的pH值為7.0，當水中CO2的濃度為1毫克/升時，其pH值由7.0降至5.5。這樣的酸性水能引起金屬的腐蝕。水中二氧化碳對設(shè)備腐蝕的狀況是金屬表面均勻變薄，腐蝕產(chǎn)物帶入鍋內(nèi)。給水系統(tǒng)中最容易發(fā)生CO2腐蝕的部位，主要是凝結(jié)水系統(tǒng)。當用化學除鹽水做為補給水時，除氧器后的設(shè)備也可能由于微量CO2而引起金屬腐蝕。3．水中同時含有O2和CO2。當水中同時含有O2和CO2時，金屬腐蝕更加嚴重。因為氧和鐵產(chǎn)生電化學腐蝕形成鐵的氧化物或鐵的氫氧化物，它們能被含有CO2的酸性水所溶解。因此，CO2促進了氧對鐵的腐蝕。這種腐蝕狀況是金屬表面沒有腐蝕產(chǎn)物，腐蝕呈潰瘍狀。腐蝕部位常常發(fā)生在凝結(jié)水系統(tǒng)，疏水系統(tǒng)和熱網(wǎng)系統(tǒng)。當除氧器運行不正常時，給水泵的葉輪和導(dǎo)輪上均能發(fā)生腐蝕。三、腐蝕的防止方法防止給水系統(tǒng)腐蝕的主要措施，是給水的除氧和氨處理。1．給水除氧。去除水中氧氣的方法有勢力除氧法和化學除氧化。其中以熱力除氧為主，化學除氧為輔的辦法。(1)熱力除氧法。氧氣和二氧化碳氣在水中的溶解度與水的溫度、氧氣或二氧化碳氣的壓力有關(guān)。若將水溫升高或使水面上氧氣或二氧化碳氣的壓力降低，則氧氣或二氧化碳氣在水中的溶解度就會減小而逸掉。當給水進入除氧器時，水被加熱而沸騰，水中溶解的氧氣和二氧化碳氣，就會從水中逸出并隨蒸汽一起排掉。為了保證能比較好地把給水中的氧除去，除氧器在運行時，應(yīng)做到以下幾點：①水應(yīng)加熱到與設(shè)備內(nèi)的壓力相當?shù)姆悬c，因此，需要仔細調(diào)節(jié)蒸汽供給量和水量，以維護除氧水經(jīng)常處于沸騰狀態(tài)。在運行中，必須經(jīng)常監(jiān)督除氧器的壓力、溫度、補給水量、水位和排氣門的開度等。②補給水應(yīng)均勻分配給每個除氧器，在改變補給水流量時，應(yīng)不使其波動太大。對運行中的除氧器，必須有計劃地進行定期檢查和檢修，防止噴嘴或淋水盤脫落、盤孔變大或堵塞。必要時，對除氧器要進行調(diào)整試驗，使之運行正常。(2)化學除氧法。電廠中用作化學除氧藥劑的有：嚴硫酸鈉(Na2SO4)和聯(lián)氨(N2H4)。亞硫酸鈉只用作中壓電廠的給水化學除氧劑，聯(lián)氨可作為高壓和高壓以上電廠的給水化學除氧劑。聯(lián)氨能與給水中的溶解氧發(fā)生化學反應(yīng)，生成氮氣和水，使水中的氧氣得到消除： N2H4+O2→N2+2H2O上例反應(yīng)生成的氮氣是一種很穩(wěn)定的氣體，對熱力設(shè)備沒有任何害處。此外，聯(lián)氨在高溫水中能減緩鐵垢或銅垢的形成。因此，聯(lián)氨是一種較好的防腐防垢劑。聯(lián)氨與水中溶解氧發(fā)生反應(yīng)的速度，與水的pH值有關(guān)。當水的pH值為9~11時，反應(yīng)速度最大。為了使聯(lián)氨與水中溶解氧反應(yīng)迅速和完全，在運行時應(yīng)使給水為堿性。當給水中殘余的聯(lián)氨受熱分解后，就會生成氮氣和氨： 3N2H4→N2+4NH3產(chǎn)生的氨能提高凝結(jié)水的pH值，有益于凝結(jié)水系統(tǒng)的防腐。但是，過多的NH3會引起凝結(jié)水系統(tǒng)中銅部件的腐蝕。在實際生產(chǎn)中，給水聯(lián)氨過剩量，應(yīng)控制在20~50ppb之內(nèi)。聯(lián)氨的加入方法：將聯(lián)氨配成0.1~0.2%的稀溶液，用加藥泵連續(xù)地把聯(lián)氨溶液送到除氧器出口管，由此加入給水系統(tǒng)。聯(lián)氨具有揮發(fā)性、易燃、有毒。市售聯(lián)氨溶液的濃度為80%。這種聯(lián)氨濃溶液應(yīng)密封保存在露天倉庫中，其附近不充許有明火。搬運或配制聯(lián)氨溶液的工作人員，應(yīng)配帶眼鏡、口罩、膠皮手套等防護用品。2．給水氨處理。這種方法是向給水加入氨氣或氨水。氨易溶于水，并與水發(fā)生下列反應(yīng)使水呈堿性： NH3+H2O→NH4OH 如果水中含有CO2時，則會和NH4OH發(fā)生下列反應(yīng)： NH4OH+CO2→NH4HCO3當NH3過量時，生成的NH4HCO3繼續(xù)與NH4OH反應(yīng)，得到碳酸銨： NH4OH+NH4HCO3→(NH4)2CO3+H2O由于氨水為堿性，能中和水中的CO2或其他酸性物質(zhì)，所以能提高水的pH值。一般給水的pH值應(yīng)調(diào)整在8.5~9.2的范圍內(nèi)。氨有揮發(fā)性，用氨處理后的給水在鍋內(nèi)蒸發(fā)時，氨又能隨蒸汽帶出，使凝結(jié)水系統(tǒng)的pH值提高，從而保護了金屬設(shè)備。但是使用這種方法時，凝結(jié)水中的氨含量應(yīng)小于2~3毫克/升；氧含量應(yīng)小于0.05毫克/升。加到給水中的氨量，應(yīng)控制在1.0~2.0毫克/升的范圍內(nèi)。此外，某些胺類物質(zhì)，如莫福林和環(huán)已胺，它們?nèi)苡谒@堿性，也能和碳酸發(fā)生中和反應(yīng)，并且胺類對銅、鋅沒有腐蝕作用。因此，可以用其來提高給水的pH值。由于這種藥品價格貴，又不易得到，所以目前沒有廣泛使用。四、鍋內(nèi)腐蝕的種類當給水除氧不良或給水中含有雜質(zhì)時，可能引起鍋爐管壁的腐蝕。鍋內(nèi)常見的腐蝕有以下幾種：1．氧腐蝕。金屬設(shè)備在一定條件下與氧氣作用引起的腐蝕，稱為氧腐蝕。當除氧器運行不正常，給水含氧量超過標準時，首先會使省煤器的進口端發(fā)生腐蝕；含氧量大時，腐蝕可能延伸到省煤器的中部和尾部，直至鍋爐下降管。鍋爐在安裝和停用期間，如果保護不當，潮濕空氣就會侵入鍋內(nèi)，使鍋爐發(fā)生氧腐蝕。這種氧腐蝕的部位很廣，凡是與潮濕空氣接觸的任何地方，都能產(chǎn)生氧腐蝕，特別是積水放不掉的部位更容易發(fā)生氧腐蝕。2．沉積物下的腐蝕。金屬設(shè)備表面沉積物下面的金屬所產(chǎn)生的腐蝕，稱為沉積物下的腐蝕。造成鍋爐沉積物下面的金屬發(fā)生腐蝕的條件是爐口含有金屬氧化物、鹽類等雜質(zhì)，在鍋爐運行條件下發(fā)生下列過程：首先，爐水中的金屬氧化物，在鍋爐管壁的向火側(cè)形成沉積物。然后，在沉積物形成的部位，管壁的局部溫度升高，使這些部位爐水高度濃縮。由于這些濃縮的鍋爐水中含有的鹽類不同，可能發(fā)生酸性腐蝕，也可能發(fā)生堿性腐蝕。(1)酸性腐蝕。當鍋爐水中含有MgCl2或CaCl2等酸性鹽時，濃縮液中的鹽類發(fā)生下列反應(yīng)： MgCl2+2H2O→Mg(OH)2↓+2HCl CaCl2+2H2O→Ca(OH)2↓+2HCl產(chǎn)生的HCl，增強了濃縮液的酸性，使金屬發(fā)生酸性腐蝕。這種腐蝕的特征是沉積物下面有腐蝕坑?？酉陆饘俚慕鹣嘟M織有明顯的脫碳現(xiàn)象，金屬的機械性能變脆。(2)堿性腐蝕。當爐水中含有NaOH時，在高度濃縮液中的NaOH能與管壁的Fe3O4氧化膜以及鐵發(fā)生反應(yīng)： Fe3O4+4NaOH→2NaFeO2+Na2FeO2+2H2O Fe+2NaOH→Na2FeO2+H2↑反應(yīng)結(jié)果使金屬發(fā)生堿性腐蝕。堿性腐蝕的特征，是在疏松的沉積物下面有凸凹不平的腐蝕坑，坑下面金屬的金相組織沒有變化，金屬仍保持原有的機械性能。沉積物下腐蝕，主要發(fā)生在鍋爐熱負荷較高的水冷壁管向火側(cè)。3．苛性脆化?？列源嗷且环N局部腐蝕，這種腐蝕是在金屬晶粒的邊際上發(fā)生的。它能削弱金屬晶粒間的聯(lián)系力，使金屬所能承受的壓力大為降低。當金屬不能承受爐水所給予的壓力時，就會產(chǎn)生極危險的爐管爆破事故。金屬苛性脆化是在下面因素共同作用下發(fā)生的：(1)鍋爐中含有一定量的游離堿(如苛性鈉等)。(2)鍋爐鉚縫處和脹口處有不嚴密的地方，爐水從該處漏出并蒸發(fā)、濃縮。(3)金屬內(nèi)部有應(yīng)力(接近于金屬的屈服點)。4．嚴硝酸鹽腐蝕。高參數(shù)的鍋爐應(yīng)注意嚴硝酸鹽引起的腐蝕。亞硝酸鹽的高溫情況下，分解產(chǎn)生氧，使金屬發(fā)生氧腐蝕。腐蝕的特征呈潰瘍狀。這種腐蝕在上升管的向火側(cè)比較嚴重。五、防止鍋內(nèi)腐蝕的措施1．保證除氧器的正常運行，降低給水含氧量。2．做好補給水的處理工作，減少給水雜質(zhì)。3．做好給水系統(tǒng)的防腐工作，減少給水中的腐蝕產(chǎn)物。4．防止凝汽器泄漏，保證凝結(jié)水的水質(zhì)良好。5．做好停爐的保護工作和機組啟動前汽水系統(tǒng)的沖洗工作，防止腐蝕產(chǎn)物帶入鍋內(nèi)。6．在設(shè)計和安裝時，應(yīng)注意避免金屬產(chǎn)生應(yīng)力。對于鉚接或脹接的鍋爐，為防止苛性脆化的產(chǎn)生，在運行時可以維護爐水中苛性鈉與全固形物的比值小于或等于0.2(即≤0.2)。7．運行鍋爐應(yīng)定期進行化學清洗，清除鍋內(nèi)的沉積物。第二節(jié)鍋內(nèi)結(jié)垢和鍋內(nèi)水處理一、鍋內(nèi)結(jié)垢1．水垢的形成及其危害。鍋爐管壁上產(chǎn)生的堅硬附著物，稱為水垢。產(chǎn)生水垢的原因是由于凝汽器不嚴、生水漏入凝結(jié)水中或水處理工作異常等，都可能增加鍋爐水中的硬度以及其他雜質(zhì)。這些雜質(zhì)在鍋爐運行條件下，就會附著在管壁上并逐漸形成堅硬的水垢。水垢比金屬的導(dǎo)熱能力小幾百倍。因此，鍋爐產(chǎn)生水垢就會造成熱損失，浪費大量燃料，同時也可以使金屬發(fā)生局部過熱，造成設(shè)備損壞。水垢，還能引起沉積物下的金屬腐蝕，危及鍋爐安全運行。2．水垢的分類及其生成的部位。水垢按其主要化學成分，分為鈣、鎂水垢，硅酸鹽水垢，氧化鐵垢，磷酸鹽鐵垢和銅垢等。不同類的水垢生成的部位不同：鈣、鎂碳酸鹽水垢容易在鍋爐省煤器、加熱器、給水管道等處生成；硅酸鹽水垢主要沉積在熱負荷較高或水循環(huán)不良的管壁上；氧化鐵垢最容易在高參數(shù)和大容量的鍋爐內(nèi)發(fā)生，這種鐵垢生成部位，絕大部分是發(fā)生在水冷壁上升管的向火側(cè)、水冷壁上升管的焊口區(qū)以及冷灰斗附近；磷酸鹽鐵垢，通常發(fā)生在分段蒸發(fā)鍋爐的鹽段水冷壁管上；銅垢主要生成部位是熱負荷很高的爐管處。二、鍋內(nèi)水處理防止鍋內(nèi)產(chǎn)生水垢的主要措施是做好補給水的凈化工作，消除凝汽器的泄漏，保證給水品質(zhì)良好。此外，汽包鍋爐還要對鍋內(nèi)的水進行處理。1．鍋內(nèi)水處理原理。鍋內(nèi)水處理是把化學藥品加進運行鍋爐的水中或給水中，防止在鍋內(nèi)發(fā)生水垢。鍋內(nèi)水處理一般分為堿性處理和中性處理。目前普遍采用的是磷酸三鈉的堿性處理。磷酸三鈉加到鍋爐水中，能解離出磷酸根離子()。在鍋爐水沸騰狀態(tài)和堿性較強的條件下，與水中的發(fā)生下列反應(yīng)： 10Ca2+++2OH→Ca10(OH)2(PO4)6↓(堿式磷酸鈣)生成的堿式磷酸鈣沉淀呈泥渣狀，可隨鍋爐排污排掉。2．處理方法。處理方法是將濃度為1~5%的磷酸鈉溶液，用加藥泵連續(xù)地加入給水中，或用高壓加藥泵加到汽包的鍋爐水中。加到鍋爐水中的藥量應(yīng)適當。藥量不足時，鍋爐水中的鈣、鎂就會形成水垢；藥量過多時，又會產(chǎn)生粘著性的磷酸鎂，或者引起蒸汽品質(zhì)不良。各種類型鍋爐的鍋爐水余量，可根據(jù)表13-8控制。表13-8 鍋爐水磷酸根控制標準鍋爐壓力(表大氣壓)磷酸根(毫克/升)不分段蒸發(fā)分段蒸發(fā)凈段鹽段≤595~155~20≯7560~1702~102~10≯75第三節(jié)停爐腐蝕和保護方法一、停爐腐蝕和危害鍋爐在停用期間受空氣中的水分和氧氣的作用，使金屬遭到腐蝕。停用期間的腐蝕，不僅使鍋爐管壁受到損傷，更嚴重的是在鍋爐再次啟動時，鍋內(nèi)的腐蝕產(chǎn)物在運行條件下形成沉積物和沉積物下的腐蝕，以致發(fā)生爆管事故。這就增加了鍋爐停運時間，增加了檢修費用。二、停爐的保護方法鍋爐在停用期間的保護方法有：濕法保護和干法保護。1．濕法保護。這種方法是在鍋爐內(nèi)部充滿不腐蝕金屬的保護液，杜絕空氣進入鍋內(nèi)，防止空氣中的氧對金屬的腐蝕。比較常用的濕法保護有下列幾種：(1)聯(lián)氨法。鍋爐在停運前，用加藥泵把聯(lián)氨加入給水中，使鍋內(nèi)各部分充滿濃度均勻的聯(lián)氨溶液。溶液中過剩聯(lián)氨濃度為100~200ppm。如果聯(lián)氨保護液的pH值低于10，則用加氨方法，把pH值提高到10以上。鍋爐冷卻后，還需再往鍋內(nèi)打入除氧水，使鍋內(nèi)溶液保持充滿狀態(tài)，然后關(guān)閉與鍋爐相通的所有閥門，盡量防止空氣漏入。在停爐保護期間，如果發(fā)現(xiàn)聯(lián)氨濃度和pH值下降，應(yīng)補加聯(lián)氨或氨。在鍋爐啟動前，應(yīng)將聯(lián)氨溶液排入地溝，并對聯(lián)氨溶液加以稀釋，防止入畜中毒。(2)氨液法。將給水配成800~1000ppm的氨溶液，用泵打入鍋爐，并在鍋爐汽水系統(tǒng)內(nèi)進行循環(huán)，直到各部分溶度均勻為止。然后關(guān)閉鍋爐所有閥門，防止氨液漏出。如果發(fā)現(xiàn)氨的濃度下降時，應(yīng)查找原因，采取措施，防止漏氨，并補加氨液。采用氨液保護時，應(yīng)事先拆掉能與氨液接觸的銅部件，防止設(shè)備發(fā)生氨腐蝕。(3)壓力保護法。鍋爐短期停用時，可以采用間斷升火保持壓力法或者采用給水保持壓力法。前者是在停爐后，用間斷升火的辦法保持蒸汽壓力為5~10公斤/厘米2；后者是在鍋爐充滿給水時，用給水泵頂壓，保持爐水壓力為10~15公斤/厘米2。采用間斷升火保持壓力法時，在保護期間爐水磷酸根和溶解氧應(yīng)維持運行標準。采用給水保持壓力法時，應(yīng)保持給水的溶解氧合格。由于近代高壓鍋爐的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不可能把爐水全部放凈，所以目前無論是長期停爐或是短期停爐均采用濕法保護。如果在冬季鍋爐房氣溫低，有冰凍的可能，而又必須采用濕法時，應(yīng)有防凍措施。2．干法保護。干法保護是把鍋內(nèi)的水徹底放空，保持金屬表面干燥；或者金屬表面被氮氣(N2)覆蓋，防止金屬遭受潮濕空氣的腐蝕。干法保護有以下幾種：(1)烘干法。當鍋爐停止運行后，鍋爐水水溫降至100~120℃時，開始放水。鍋內(nèi)水放完后，利用爐膛的余熱或用鍋爐點火設(shè)備，在爐膛點火加熱，也可以用熱風使鍋爐金屬表面干燥。此法僅適用于短期鍋爐檢修時采用。(2)干燥劑法。鍋爐采用烘干法進行烘干，并清理鍋爐附著的水垢和水渣，然后在汽包、聯(lián)箱等處放入無水氯化鈣、石灰或硅膠。無水氯化鈣或石灰應(yīng)放在搪瓷盤中；硅膠可裝在布袋內(nèi)。干燥劑放完后，并閉鍋爐所有閥門，防止潮濕空氣漏入。在鍋爐停用保護期間，定期檢查干燥劑的情況，發(fā)現(xiàn)失效應(yīng)及時更換新的干燥劑或定期的更換干燥劑。此法適用于低壓或中壓小容量的汽包爐的長期停爐保護；高壓、大容量鍋爐停用時，不采用這種保護方法。(3)充氮法。這種方法是將氮氣充入鍋內(nèi)，并保持壓力在0.1公斤/厘米2表壓以上，以防止空氣侵入鍋內(nèi)，保護設(shè)備不受氧腐蝕。鍋爐停止運行后，當鍋爐壓力降到3公斤/厘米2表壓時，將充氮管路用法蘭連接好，氮氣的減壓閥定在0.3公斤/厘米2表壓。關(guān)閉鍋爐壓力部分的所有閥門。鍋爐在冷卻時，壓力逐漸下降，當鍋爐壓力降到0.3公斤/厘米2表壓時，氮氣經(jīng)充氮臨時管路進入鍋內(nèi)。充氮時鍋爐的水可以放掉，也可以不放掉。未放水的鍋爐或鍋內(nèi)有存水的部分，水中應(yīng)加有一定量的聯(lián)氨并用氨調(diào)節(jié)其pH值在10以上。鍋爐在充氮保護期間，鍋內(nèi)的壓力應(yīng)保持在0.3~0.1公斤/厘米2表壓之間，防止空氣漏入。經(jīng)常檢查氮氣的耗量，如果發(fā)現(xiàn)氮氣耗量大，應(yīng)查找泄漏處并及時進行密封。氮氣的純度對保護效果有很大關(guān)系。一般要求氮氣純度在99%以上或更高。鍋爐啟動時，在上水和升火過程中，把鍋爐排氣門打開，使氮氣排入大氣。干法保護，通常是在鍋爐較長時間退出運行或有冰凍危險時采用。第四節(jié)鍋爐的化學清洗鍋爐的化學清洗就是用某些化學藥品的水溶液，清洗鍋爐汽水系統(tǒng)內(nèi)的沉積物，并使管壁表面形成良好的防腐蝕保護膜。新安裝的鍋爐在其制造、運輸與安裝過程中，可能有軋制鐵皮、腐蝕產(chǎn)物、防腐涂料、砂子等雜質(zhì)進入或殘留在鍋爐管內(nèi)。這些雜質(zhì)在鍋爐投入運行前如不除去，投入運行后就會引起爐管堵塞、形成沉積物以及發(fā)生沉積物下的腐蝕。因此，新安裝鍋爐在啟動前，應(yīng)進行化學清洗。運行中的鍋爐，由于給水攜帶雜質(zhì)，會使鍋爐受熱面產(chǎn)生沉積物。當沉積物達到一定量時，就會影響鍋爐的安全經(jīng)濟運行。因此，運行鍋爐也應(yīng)該定期的或根據(jù)管壁沉積物的沉積量，進行化學清洗。一、化學清洗原理化學清洗鍋爐，是用含有緩蝕劑的酸溶液，來清除鍋爐管壁上的氧化鐵皮或沉積物。目前化學清洗方法，主要是用鹽酸、檸檬酸和氫氟酸清洗。1．。(1)清洗原理。鹽酸所以能夠清除管壁上的氧化皮和沉積物，是因為在酸洗過程中鹽酸能與這些雜質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)。①與管壁上的氧化皮作用。鋼材在高溫(575℃以上)加工過程中形成的氧化皮，是由FeO、Fe3O4和Fe2O4等三層不同的氧化鐵組成，其中FeO是靠近金屬基體的內(nèi)層。鹽酸與這些氧化物接觸時，會發(fā)生化學反應(yīng)，生成可溶性的FeCl2或FeCl3，使氧化皮溶解。其反應(yīng)式如下： FeO+2HCl→FeCl2+H2O Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2O在氧化皮溶解過程中，由于靠近金屬基體的FeO的溶解，還能使氧化皮從管壁上脫落。②與混雜在氧化皮中鐵作用。鹽酸能與氧化皮中的鐵作用，生成可溶性的氯化亞鐵和氫氣，反應(yīng)式如下： Fe+2HCl→FeCl2+H2↑產(chǎn)生的氫氣從氧化皮中逸出時，也能使尚未與鹽酸反應(yīng)的氧化皮從管壁上剝落下來。③與鈣、鎂碳酸鹽水垢作用。鹽酸還能與鈣、鎂的碳酸鹽發(fā)生化學反應(yīng)，使水垢溶解，反應(yīng)式如下： CaCO3+2HCl→CaCl2+H2O+CO2 MgCO3·Mg(OH)2+4HCl→2MgCl2+3H2O+CO2從鹽酸與管壁上各種沉積物的反應(yīng)中可以看出，鹽酸在酸洗過程中，對管壁上的氧化皮和沉積物發(fā)生兩種作用：一是溶解作用，一是剝落作用。這兩種作用的結(jié)果都能使鍋爐得到清洗。(2)對金屬表面的腐蝕作用。在酸洗過程中，鹽酸和氯化鐵能與鋼材裸露表面發(fā)生化學反應(yīng)，使金屬受到腐蝕。 Fe+2HCl→FeCl2+H2↑ Fe+2FeCl3→3FeCl2為抑制金屬腐蝕，在清洗液中應(yīng)加入緩蝕劑。(3)注意事項。用鹽酸洗時，應(yīng)注意以下兩點：①當水垢的主要成份是硅酸鹽時，單用鹽酸清洗效果較差。若向清洗液中加入適量的氟化物，可使硅化物溶解，改善清洗效果。②如果設(shè)備的材質(zhì)是奧氏體鋼時則不能用鹽酸酸洗，因為鹽酸中的氯離子對奧氏體鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，即所謂“氯脆”作用。2．檸檬酸(1)清洗原理。檸檬酸(H3C6H5O7·H2O)是一種無色晶體，易溶于水的有機酸。酸洗時，將檸檬酸配成2~3%的溶液，并用氨將其pH值調(diào)節(jié)為3~4。此時溶液的主要成份為檸檬酸單銨。用這種溶液清洗時，不僅利用它的酸性來溶解氧化鐵，更主要的是利用它能與鐵離子絡(luò)合生成易溶于水的絡(luò)合物而使氧化鐵溶解。因此，用檸檬酸酸洗沒有Fe3+的腐蝕和對奧氏體鋼的“氯脆”，也沒有大片的氧化皮或沉積物的剝落，所以不會出現(xiàn)大量的沉渣和懸浮物。這對清洗結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大機組是有利的。(2)注意事項。用檸檬酸酸洗時，應(yīng)注意以下兩點：①檸檬酸不能與銅垢，鈣、鎂水垢或硅酸鹽水垢作用。因此，當沉積物的主要成份為銅垢，鈣、鎂水垢或硅酸鹽垢時，不能用檸檬酸酸洗。②當清洗液的溫度低于80℃，pH值大于4.5或Fe3+超過0.5%時，都可能發(fā)生檸檬酸鐵沉淀。因此，采用檸檬酸酸洗時，應(yīng)注意防止發(fā)生沉淀。3．氫氟酸(1)清洗原理：①對氧化鐵的溶解作用。氫氟酸(HF)是一種弱酸，它在低濃度的條件下，對氧化鐵有較強的溶解能力。這種溶解能力主要靠氟離子的絡(luò)合作用。HF在水中能解離出H+和F，F(xiàn)-能與Fe3+絡(luò)合，而使氧化皮溶解。其反應(yīng)如下： 上述反應(yīng)是在酸性溶液中進行的，但是，如果酸度過大([H+]>0.5M)，溶液中F減少，會導(dǎo)致Fe[FeF6]的解離。因此，一般采用1%的低濃度的氫氟酸做為清洗液。②對硅化物的溶解作用。氫氟酸能與硅化物發(fā)生反應(yīng)，使硅化物的水垢很快溶解，其反應(yīng)式為： SiO2+4HF→SiF4+2H2O氫氟酸對氧化鐵或硅酸鹽水垢溶解得很快，約比用鹽酸快44倍。因此，當用氫氟酸清洗時，酸洗液可以一次通過，不需要循環(huán)。這樣避免了Fe3+對金屬基體的腐蝕，此時僅是氫氟酸的酸性腐蝕，因此腐蝕率較低，一般在1克/米2·小時左右。氫氟酸可用于奧氏體鋼等多種鋼材制造的設(shè)備，由于氫氟酸酸洗對金屬腐蝕性較小，在清洗時可以不拆卸系統(tǒng)中的閥門。(2)注意事項。用氫氟酸酸洗時，應(yīng)注意以下兩點：①氫氟酸有毒，能強烈刺激呼吸系統(tǒng)。與皮膚相接觸時，能引起劇烈的疼痛和難以治愈的燒傷，故在使用時應(yīng)采取安全措施。②酸洗的廢液應(yīng)妥善處理。一般是用石灰(CaO)中和廢液中的氫氟酸，其反應(yīng)如下： CaO+2HF→CaF2↓+H2O反應(yīng)后生成了氟化鈣(CaF2)的沉淀，使廢液中的F-降至20ppm以下。二、緩蝕劑和緩蝕作用1．緩蝕劑在化學清洗時清洗液中的酸與裸露的金屬發(fā)生反應(yīng)，使金屬受到腐蝕。為了減輕金屬的腐蝕，在清洗液中加入某些能減輕金屬腐蝕的藥品，這種藥品稱為緩蝕劑。如鄰二甲苯硫脲、烏洛托平等。2．緩蝕作用有機緩蝕劑的分子能吸附在金屬表面上，形成一種很薄的保護膜，這種保護膜，能抑制金屬的腐蝕過程。無機緩蝕劑能與金屬表面或溶液中的腐蝕產(chǎn)物發(fā)生作用，并在金屬表面生成一層致密而牢固的保護膜，同樣能抑制金屬的腐蝕過程。緩蝕劑的選擇和用量，與酸洗液的流速、酸洗液的溫度、金屬材料、清洗劑的種類和濃度有關(guān)。因此，緩蝕劑的選擇和用量，應(yīng)通過酸洗前的小型試驗決定。三、添加劑及其作用1．添加劑。在清洗液中添加某種化這藥品，能夠加速沉積物的溶解或防止氧化性離子對金屬的腐蝕，這種藥品稱為添加劑。2．各種添加劑的作用①使進沉淀物溶解的添加劑。例如，在鹽酸清洗液中加入某種氟化物，它像氫氟酸與硅酸鹽、氧化鐵作用一樣，既可以使硅酸鹽水垢溶解，又可以加速對氧化鐵的溶解。②防止Fe3+、Cu2+對鋼鐵腐蝕的添加劑。當酸洗液中有較多的Fe3+或Cu2+時，會使金屬基體遭到腐蝕。為了防止不同的離子對金屬的腐蝕，可向清洗液中加入不同的添加劑。當清洗液中Fe3+較多時，可向清洗液中添加還原劑，使Fe3+轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2+。如用鹽酸清洗，可用氯化亞錫和次亞磷酸等為還原劑。如用氫氟酸或檸檬酸清洗，則可用聯(lián)氨、草酸、抗壞血酸等為還原劑。當清洗液中Cu2+較多時，可向清洗液中添加銅離子絡(luò)合劑，如硫脲、六亞甲基四胺等，使Cu2+成為絡(luò)合離子。四、鍋爐化學清洗的確定鍋爐是否應(yīng)該進行清洗，需根據(jù)具體情況決定。1．新裝鍋爐。新裝鍋爐的酸洗，需根據(jù)鍋爐壓力、鍋爐內(nèi)部的清潔程度及設(shè)備結(jié)構(gòu)來確定。高壓鍋爐及直流爐，在投運前應(yīng)該進行化學清洗。2．運行鍋爐。運行鍋爐的酸洗，應(yīng)根據(jù)各臺鍋爐管內(nèi)沉積物的附著量或運行年限確定。①根據(jù)鍋爐管內(nèi)沉積物附著量確定。當鍋爐水冷壁管沉積物附著量達到表13-9所列數(shù)值時，應(yīng)在下次大修時進行鍋爐酸洗。表13-9 水冷壁向火側(cè)沉積物的極限量(洗垢法測沉積量)鍋爐類型汽包鍋爐直流爐工作壓力(公斤/厘米2)≤6060~129>130沉積物量(克/米2)600~900400~600300~400200~300注：燃油或燃用天然氣的鍋爐，可按此表中工作壓力高一級的數(shù)值考慮。為了查明爐管內(nèi)沉積物的量，應(yīng)進行割管檢查。由于鍋爐不同部位爐管中沉積物的量，有較大差異，因此，應(yīng)選擇最容易結(jié)垢的部位進行割管檢查。這些地方應(yīng)是受熱面熱負荷最大的部位，如噴燃器附近，對有燃燒帶的鍋爐，燃燒帶上部距爐膛中心最近處。割管檢查的間隔時間請參考13-10所示。表13-10 割管檢查間隔時間參考標準(單位：年)壓力等級燃燒方式割管時間(運行后或酸洗后)汽包爐直流爐超臨界壓力混燒1重油1180(公斤/厘米2)煤1~41~4混燒1~21~2重油11120(公斤/厘米2)煤3~52~5混燒2~31~3重油1~31~280~110(公斤/厘米2)煤4~63~6混燒3~53~4重油2~52注：高爐煤氣按煤考慮，原油、天然氣按重油標準，旋風爐按重油標準。②根據(jù)鍋爐運行年限確定。根據(jù)鍋爐運行經(jīng)驗，定期進行化學清洗。表13-11中擬定的化學清洗間隔時間，僅供參考。表13-11 運行鍋爐化學清洗的間隔時間鍋爐類型汽包鍋爐直流爐工作壓力(公斤/厘米2)≤6060~129>130時間(年)—1064注：燃油鍋爐應(yīng)按高一級的參數(shù)定標準，進口機組應(yīng)根據(jù)制造廠規(guī)定標準進行酸洗。五、化學清洗步驟和方法鍋爐化學清洗步驟一般按以下順序進行：1．水沖洗。水沖洗就是清洗系統(tǒng)在用化學藥品清洗前，先用清水沖洗。水沖洗的目的，地新裝鍋爐來說，是為了除去鍋爐內(nèi)脫落的焊渣、氧化皮、鐵銹和塵埃等；對運行鍋爐來說，是為了除去其中被水沖洗掉的沉積物。水沖洗還可以對清洗系統(tǒng)的嚴密性進行一次檢查。2．堿液清洗。堿液清洗的目的，對新安裝鍋爐，是為了除去在制造、安裝過程中，管內(nèi)涂覆的防銹劑和附著的抽污；對運行鍋爐，是為了除去鍋內(nèi)附著的沉積物、硅化物等，為下一步酸洗創(chuàng)造條件。(1)堿洗藥品。堿洗使用的化學藥品有：碳酸鈉、磷酸鈉、氫氧化鈉以及表面活性劑(如洗衣粉——烷基磺酸鹽)等。這些藥品，常常是混合使用。一般采用的混合液為：Na3PO4濃度為0.5~1.0%NaOh濃度為0.5~1.0%表面活性劑濃度為0.05%(2)堿洗方法。堿洗按其清洗方式的不同，分為循環(huán)清洗和堿煮。①循環(huán)清洗。這種方法，就是在清洗系統(tǒng)中先充以除鹽水進行循環(huán)，同時將除鹽水加熱到80~100℃，然后連續(xù)地、緩慢地向清洗溶液箱內(nèi)加入已配制好的濃堿液，通過除鹽水的不斷循環(huán)，使堿液流入清洗系統(tǒng)，進行循環(huán)清洗。堿液在清洗系統(tǒng)中的循環(huán)流速應(yīng)大于0.3米/秒，循環(huán)清洗時間為8~24小時。②堿煮。堿煮就是向鍋爐加入堿液后，加熱升壓到10~20公斤/厘米2，并維持此壓力4小時，然后進行排污，排污量為額定蒸發(fā)量的5~10%。再被水——升壓——排污。如此反復(fù)進行，直至水中無油為止。堿煮時，當堿液濃度下降到開始濃度的時，應(yīng)補加藥品，使其再達到初始濃度。堿煮完畢后，待堿液溫度降至70~80℃時，方可排掉廢液。在堿煮過程中，氫氧化鈉能與沉積物中的硅化物發(fā)生如下反應(yīng)： SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O生成的Na2SiO3是一種可溶性物質(zhì)。因此，當鍋爐內(nèi)沉積物中含有硅化物較多時，應(yīng)采用堿煮的方法。如果鍋爐內(nèi)沉積物中含銅較多，為了洗掉銅，防止酸洗時Cu2+對金屬基體的腐蝕，可利用氨和銅離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合離子的原理，達到除銅的目的。所以，在堿洗后還應(yīng)進行氨洗。氨洗的工藝條件一般為：氨溶液濃度為1.5~3%，過硫酸銨溶液濃度為0.5~0.75%，氨洗的溫度為35~70℃，清洗時間為5~6小時。氨洗后再用除鹽水或軟化水沖洗。3．酸洗(1)酸洗液的配制。配制酸洗溶液的方法，有以下兩種：①在酸洗溶液箱內(nèi)配好所需濃度的酸溶液。此法是將所需的酸和其它藥品都加入到酸溶液箱內(nèi)，用除鹽水配制一定濃度的溶液，然后加熱到規(guī)定溫度，再用清洗泵(耐酸泵)送到清洗系統(tǒng)中。②邊循環(huán)邊加藥。此法是在堿洗和水沖洗完畢后，用清水泵使留存鍋爐內(nèi)的除鹽水在清洗系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，并加熱到所需溫度，然后慢慢地向循環(huán)的除鹽水中加入緩蝕劑，待循環(huán)均勻后，再加入清洗所用的酸。(2)酸洗工藝。用鹽酸清洗時，初始濃度為5~10%，最高溫度為70℃，循環(huán)酸洗流速在0.3~1.0米/秒之內(nèi)，酸洗時間一般為6小時。檸檬酸酸洗時，初始濃度為2~4%，溫度通?？刂圃?0~98℃，循環(huán)酸洗流速為0.3~2米/秒的范圍內(nèi)，酸洗時間一般為3~4小時。氫氟酸酸洗時，初始濃度為1~1.5%,最高溫度為60℃，開路酸洗時酸洗流速應(yīng)大于0.15米/秒，酸洗時間約為2~3小時。酸洗結(jié)束后，廢液不能用放空的方法排除，應(yīng)當用降鹽水(或軟化水)或氮氣頂排，并及時進行清洗，防止酸洗后金屬表面腐蝕。排放的廢液應(yīng)進行處理。4．漂洗(1)漂洗的目的。鹽酸或檸檬酸酸洗和水沖洗后，再用稀檸檬酸溶液進行一次沖洗，這種沖洗一般