電站鍋爐受熱面管高溫腐蝕機(jī)理及措施

陳　銳（華電電力科學(xué)研究院,杭州　310030）

電站鍋爐受熱面管高溫腐蝕機(jī)理及措施

陳銳
（華電電力科學(xué)研究院,杭州310030）

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。

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“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℃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)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)：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。 受熱面管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：FeS2→FeS+S

當(dāng)爐膛內(nèi)管壁周圍局部出現(xiàn)還原性氣氛時(shí)，管壁附近的SO2和H2S反應(yīng)也會(huì)生成自由的硫原子：SO2+2H2S→2H2O+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)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)防工作取得滿意的成效。

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