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摘要：腐蚀是导致锅炉受热面失效、引起火力发电厂事故停机的主要原因之一。锅炉受热面的腐蚀根据腐蚀部位不同可以分为水汽侧腐蚀和烟气侧腐蚀。水汽侧腐蚀主要包括酸腐蚀、碱腐蚀、氧腐蚀、应力腐蚀，烟气侧腐蚀主要包括硫酸盐腐蚀、硫化物腐蚀、低温腐蚀。本文主要介绍了酸腐蚀和碱腐蚀发生的原理和特征，介绍了典型酸腐蚀和碱腐蚀发生的部位。对正确的判断腐蚀形态以及腐蚀发生原因进行了探讨，并对预防腐蚀提出了建议。
关键词：碱腐蚀；酸腐蚀；酸性磷酸盐腐蚀；腐蚀防护
引言
火力发电厂锅炉水冷壁管在运行中不可避免的将发生腐蚀。水冷壁腐蚀将引起爆管，是机组非计划停运的主要因素之一。发生腐蚀爆管后，首要问题是分析爆管原因，但大多数生产一线技术人员对腐蚀形态及腐蚀原因不了解。本文介绍了电厂水冷壁腐蚀中最常见的酸腐蚀和碱腐蚀的基本形态、发生原理、发生部位和预防措施。
1 水冷壁酸腐蚀
1.1 酸腐蚀发生机理：
1）金属表面保护膜的破坏：
Fe3O4 + 8H+ → 2Fe3+ + Fe2+ + 4H2O
2）保护膜破坏后的金属腐蚀：
阳极反应：Fe → Fe2+ + 2e
阴极反应：2H+ + 2e → H2
1.2 诱发酸腐蚀发生的要素
发生酸腐蚀的原因是炉水pH过低且炉水局部浓缩。产生炉水pH过低的原因有：
1）因凝汽器泄漏进入锅炉的氯化物分解产生的酸；
2）树脂再生操作未置换干净而通过给水带进锅炉的酸；
3）锅炉酸洗未彻底中和（尤其是未清洗干净的垢下部分）；
4）进入锅炉的有机物或离子交换树脂高温高压下分解产生的酸；
5）发生磷酸盐隐藏现象后，磷酸盐再溶出时的低pH值现象；
6）炉水的缓冲性太小（如炉水全挥发处理、给水中性加氧处理）。
1.3 酸腐蚀的特征和危害
酸腐蚀可对整个水冷壁表面产生影响。在有局部浓缩腐蚀的地方（如垢下）尤其严重。发生酸腐蚀时一般管壁呈均匀减薄的形态，向火侧减薄比背火侧严重，表面无明显的腐蚀坑，腐蚀产物也较少，腐蚀部位一般金属表面粗糙，呈现出如酸浸洗后的金属光泽。对管壁进行金相检查可以发现有脱碳现象。酸腐蚀的危害是易引发氢损伤。
1.4 防止水冷壁管酸腐蚀的措施
防止水冷壁管酸腐蚀的主要措施有：防止凝汽器管泄漏及凝结水精处理系统碎树脂的漏入，保持水冷壁受热面的清洁。
1.5 酸性磷酸盐腐蚀的防止
磷酸盐水工况的汽包锅炉酸性磷酸盐腐蚀也是酸腐蚀的一种。主要原因是炉水中存在较多酸性磷酸盐和炉水局部浓缩。发生磷酸盐隐藏现象后，为降低pH值而投加的酸性磷酸盐，以及磷酸盐再溶出时的低pH环境都可诱发酸性磷酸盐腐蚀。腐蚀产物中存在NaFePO4是酸性磷酸盐腐蚀的一个关键特征。
酸性磷酸盐腐蚀常发生在有炉水局部浓缩的地方，包括水流紊乱部位（如焊缝、弯管或附有沉积物的部位等）、水平或倾斜管段、靠近燃烧器的高热负荷部位。
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控制酸性磷酸盐腐蚀的措施有：提高Na/PO4到2.8以上，降低炉水的磷酸盐含量，采用低磷酸盐处理，抑制磷酸盐隐藏现象；采用平衡磷酸盐处理，保持受热面清洁、防止汽水分层、维持燃烧稳定等措施以减轻炉水的局部浓缩。
2 水冷壁碱腐蚀
2.1 碱腐蚀发生机理为：
1）保护膜的破坏：
Fe3O4+4OH- → 2FeO2-+ FeO22-+2H2O
2）保护膜破坏后的金属腐蚀：
阳极反应：Fe+3OH- → HFeO2-+H2O+2e
阴极反应：2H++2e → H2
2.2 诱发碱腐蚀的因素
引起碱腐蚀的原因有两个：一是由于炉水中存在游离氢氧化钠，二是炉水的浓缩。炉水中的游离氢氧化钠来源主要有以下几个方面：
1）补给水和凝结水中的碳酸盐硬度在锅炉内高温下水解生成氢氧化钠；
2）发生磷酸盐隐藏现象时产生的氢氧化钠（对磷酸盐水工况而言）；
3）三是由于运行管理不当漏入系统的氢氧化钠；
4）对需要加氢氧化钠的水工况，氢氧化钠加入量过大。
2.3 碱腐蚀发生的部位和典型特征
碱腐蚀常见于锅炉的水冷壁管，其通常发生部位也就是炉水局部浓缩经常发生的部位，包括水流紊乱易于停滞沉积的部位（如焊缝、弯管或附有沉积物的部位等）、易于沉积易于汽水分层的水平或倾斜管段，靠近燃烧器的高热负荷部位等。
碱腐蚀的腐蚀部位呈皿状，充满了松软的黑色腐蚀产物。这些腐蚀产物在形成一段时间后，会烧结成硬块，常含有磷酸盐、硅酸盐、铜和锌等成分。将沉积物和腐蚀产物去除后，在管子上便出现不均匀的减薄和半圆形的凹槽，表面出现凹凸不平的状态。管子减薄的程度和面积是不规则的，当减薄到不足以承受炉水的压力时，发生塑形拉应力破坏，锅炉水冷壁管穿孔爆管。腐蚀部位金属的机械性能和金相组织一般没有变化。
碱腐蚀与酸性磷酸盐腐蚀的外观及通常发生部位都很类似，区别如下：
1、在扫描电镜下观察，碱腐蚀的腐蚀产物为结晶体（NaFeO2），酸性磷酸盐腐蚀为NaFePO4。
2、碱腐蚀不易形成明显的腐蚀产物层，酸性磷酸盐腐蚀会形成明显可见的灰色磷酸亚铁钠（NaFePO4）层。
3、对腐蚀坑进行酚酞检测，碱腐蚀一般会变红，酸性磷酸盐腐蚀则变化不大。
2.4 预防碱腐蚀的措施
预防水冷壁碱腐蚀可从两方面着手：一是控制炉水中的游离氢氧化钠浓度，二是尽量消除炉水的局部浓缩，包括保持受热面清洁、防止汽水分层、维持燃烧稳定等。
3 结论
3.1 酸腐蚀和碱腐蚀发生的最重要的因素是炉水的局部浓缩。发生部位都是炉水流动性差的部位。
3.2 酸腐蚀的重要特征是金属金相组织有明显脱碳现象。碱腐蚀的重要特征是腐蚀坑呈皿状或槽状，无脱碳或脱碳现象不明显。
3.3 酸性磷酸盐腐蚀主要特征是表面腐蚀产物包含磷酸亚铁钠，酸腐蚀和碱腐蚀的表面腐蚀产物中没有磷元素。
3.4 酸腐蚀的诱发因素是炉水长期低pH运行或者热力系统有泄漏。碱腐蚀的诱发因素是炉水长pH运行或者热力系统有泄漏，碳酸盐化合物分解生成氢氧根。
3.5 酸腐蚀和碱腐蚀的预防措施是保持水冷壁管表面清洁，及时进行化学清洗，同时运行中严格控制pH在规定范围内。
参考文献：
[1] 高压锅炉水冷壁管碱腐蚀诊断与机理研究，中国电机工程学报
[2] 火力发电厂锅炉受热面失效分析与防护，中国电力出版社
论文作者:杨圣超1,白春会2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2019/1/7
标签：酸腐论文; 磷酸盐论文; 水冷论文; 发生论文; 酸性论文; 部位论文; 锅炉论文; 《基层建设》2018年第33期论文;