摘要：电站锅炉汽水系统生产运行环境复杂，期间大量的锅炉给水、蒸汽系统运作容易带来包括气体腐蚀、水蒸汽腐蚀、高温炉水酸碱腐蚀以及应力腐蚀等等高强度设备腐蚀状况，轻则造成系统局部故障或设备停止运转，重则带来重大事故，造成电站人员伤亡及财产损失。本文将围绕电站锅炉汽水系统中威胁最大的腐蚀之一一流动加速腐蚀来探讨它的腐蚀机理、危害以及有效防腐抑制措施。
关键词：锅炉汽水系统；腐蚀；流动加速腐蚀；防腐抑制措施
1前言
流动加速腐蚀(FAC)是当前电站锅炉汽水系统一种重要的腐蚀失效形式，多年来一直困扰着火电行业发展。这种腐蚀可加速电站中大型工业运行设备的碳钢或低合金钢壁厚度减薄，直接导致二回路高压水泄漏甚至管材断裂，为火电站安全带来巨大隐患。当前我国电站超临界机组、大型锅炉火电机组呈现爆发式增长发展趋势，其设备的腐蚀问题也愈发凸显，这也为本文中有关设备防腐措施研究带来了极大的现实意义。
2 FAC的基本机理
2.1基本概述
流动加速腐蚀即FAC，它是碳钢或低合金钢表面的保护性氧化膜溶解到水流或者湿蒸汽中所发生的一系列电化学腐蚀过程。如果从电化学角度来看，它是由化学溶解与质量传递控制所引发的腐蚀过程，而并非是简单的物理损伤过程。在该电化学腐蚀过程中，碳钢或低合金钢表面的保护性氧化膜会由于自身向边界层溶解而逐渐被摊薄，经过一段时间就能够引发两种金属的基底薄弱，此时其基底表面是呈现腐蚀加速状态的，最高腐蚀速率可达到3mm/yr。这种壁面减薄最终就会导致金属破裂和灾难性事故的发生。在电站中，FAC的发生速率完全取决于诸多因素的相互作用，例如给水品质、构成大型设备的各种金属材料、给水系统管件以及所有合金元素或流体动力学因素。当前电站中锅炉汽水系统的高温高压管道就是由碳钢与低合金钢所组成，它们也是FAC发生的重要位置。当FAC与管道内部发生流体接触后，就会造成金属基底的逐渐减薄。但是这种情况是不易被发现的，所以汽水系统重大事故往往都具备突发性。在电站的锅炉汽水系统高温高压给水管道或蒸汽管道中，它同时会接纳汽液两相流动运输，所以可能引发腐蚀的情况相对复杂，而在这其中FAC的覆盖面积相对更广，影响因素也更多，所以由它所造成的电站设备损坏不容小觑。
2.2机理研究
锅炉汽水系统很容易由于FAC而发生爆管，实际上这就是FAC所导致的锅炉汽水系统高温高压管道壁面保护性氧化膜溶解进而越来越薄，间接降低与缩短了系统设备的安全运行性能与使用寿命。对于FAC的机理研究应该从动态与静态两个角度着手，但它不同于静态均匀腐蚀，可以将它理解为是静态水中均匀腐蚀的延伸过程，而它与静态均匀腐蚀最大的区别就在于其所腐蚀的高温高压管道壁面氧化层与溶液边界层存在流动因素。
首先从动态角度来理解FAC的相关机理，它将锅炉汽水系统的高温高压管道内部空间作为主流区和流动边界层区，同时也是管壁基底区与氧化层区。如果此时主流区的铁离子在溶解过程中还未能达到饱和状态，则靠近主流区的流动边界区中所含有的铁离子在浓度差驱动下就会逐渐向主流区迁移，这就是FAC的迁移机理。在迁移过程中，高温高压管道壁面的铁离子逐渐溶解到流动边界区位置，而此时壁面保护氧化膜中的铁离子也在不断减少，它所带来的表面变化就是氧化膜的逐渐减薄。由于主流区中所有工质都呈现流动状态，再加之其铁离子又处于未饱和状态，所以伴随整个汽水系统的循环启动，管壁基底位置也会逐渐减薄，久而久之就会造成管壁破裂。
3 FAC的腐蚀破坏危害及发生位置
FAC所造成的腐蚀破坏危害极大，而且它的发生位置也偏多，能够对锅炉汽水系统造成大面积伤害，整体来讲它就包括了单相流流动加速腐蚀与双相流流动加速腐蚀。
3.1单相流流动加速腐蚀
单相流腐蚀属于典型的FAC流动加速腐蚀，它会直接损害锅炉汽水系统的联箱管道，加速壁厚损失，所以它不存在任何机械糜烂伤害，是纯粹的化学溶解现象。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当然这种腐蚀现象有快有慢，腐蚀具有一定的方向性，基本上会呈现一种“马蹄状”腐蚀趋势，而且它的腐蚀方向箭头会基于湍流矢量接触面而直接增加传质，导致磁铁矿腐蚀迁移，形成壁面氧化物溶解，FAC也会愈演愈烈。当腐蚀方向箭头重叠时，也是FAC最严重时，像高温高压管道壁面会出现连续的扇形橘皮外观，而且越来越薄，到最后会只剩下约几微米的氧化物薄层。
3.2双相流流动加速腐蚀
双相流流动加速腐蚀会呈现两个典型位置，首个位置会出现在汽水系统的除氧器位置，大部分表面会受到单相流影响，但不会出现FAC。第二个位置则出现在汽水系统的给水加热器壳体位置。考虑到双相流条件下液体是不存在氧化能力的，所以管道壁面也不会形成及时保护，这就加速了对系统的腐蚀速率，危害更大。
4 锅炉汽水系统FAC的防腐抑制措施
针对电站锅炉汽水系统的FAC防腐抑制措施目前来看己经相当多，下文主要介绍其中的给水加氧防腐抑制措施。
4.1给水加氧防腐抑制措施
当前电站锅炉机组正在朝大容量、高参数方向快速发展，像许多超临界机组己经投入运营，而它们在运行过程中所造成的铁氧化物沉积也造成了锅炉机组整体压差的大幅度上升，水冷壁管道结垢速度越来越大，尤其是汽水系统中含铁组分氧化物沉积严重。过高的铁离子含量携带也为整个汽水系统后期生成氧化物、造成管道腐蚀带来潜存威胁。
自上世纪60年代末，德国采用直流锅炉加氧运行防腐处理方法以后，其他国家也纷纷效仿，氧化性给水处理方式应运而生，即通过给水加氧来抑制防腐。在我国，这种加氧防腐措施也己经相当流行，它采用汽水系统精处理出口母管处加氧与除氧器下降管加氧处理两种方式，希望以此来提高对汽水系统的防腐效果，进而间接提高整个电站的整体安全性。
4.2对现有给水加氧防腐措施的技术改进
传统给水加氧防腐技术采用手动控制加氧配合电磁调节阀控制加氧量，但它无法做到对汽水系统中溶解氧稳定性的有效控制，在加氧抑制FAC的过程中可能会由于加氧量的控制不当而造成溶解氧超标，反而造成设备的氧腐蚀加速，显然不利于电站的设备基本防腐理念。目前对现有给水加氧防腐措施相关技术进行改进，实施一种自动加氧控制氧量的做法效果更佳。
4.3利用保护膜保护锅炉汽水系统金属表面
要在锅炉汽水系统的金属表面碳钢中加入某些合金元素，为其形成耐腐蚀的保护膜。因为锅炉在经过酸洗以后，在高温纯水环境下会形成致密的氧化薄膜，该保护膜质量较好，它利用给水系统中所加入的H20:为设备金属表面形成以一层中性保护膜，能够起到较强的防腐作用。
4.4适当减少应力腐蚀
要合理设计锅炉给水系统，保持设备的正常启停工况，必要时做到对炉水中敏感成分所造成影响的有效消除。可以通过审查锅炉汽水系统设计过程中所忽略的受热膨胀因素来看其是否产生了较大应力。如果锅炉启停次数过多，其水中的含氧量就会提高，容易引发设备的点蚀，而点蚀集中更会引发应力集中，所以在启停锅炉过程中要考虑它的交变应力作用，尽量减少对锅炉的启停，减少产生腐蚀疲劳裂纹。
5 结束语
除上述对电站锅炉汽水系统FAC的有效治理外，电站本身也要在日常锅炉维护管理中面对来自于气体腐蚀、酸碱腐蚀以及应力腐蚀等等的威胁，减少应力腐蚀、控制热负荷强度、优化水质等等防腐保证工作，为电站锅炉长期稳定运行创造有利环境。
参考文献
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[2]梁佳，齐雅丽，梁晶晶，等.汽包锅炉给水系统的腐蚀及其防止[J].科技传播，2011(8):182，184.
论文作者:马立谦
论文发表刊物:《基层建设》2018年第14期
论文发表时间:2018/7/20
标签：汽水论文; 锅炉论文; 系统论文; 电站论文; 管道论文; 措施论文; 应力论文; 《基层建设》2018年第14期论文;