（ 河南省锅炉压力容器安全检测研究院 河南 466000 ）
摘要 热水锅炉采暖采用大循环，补给水量较大，停炉期间未保养，造成锅炉烟管大面积腐蚀穿孔的原因进行了分析，并提出了防止措施。
关键词 热水锅炉 烟管腐蚀 分析对策 防腐措施
烟管泄漏是在用锅炉较易发生的事故，锅炉烟管腐蚀穿孔后，将会导致无法维持正常水位及无法正常燃烧，给运行带来直接影响，给业主带来经济损失，必须紧急停炉，并上报当地锅炉安全监察部门。我市在用卧式内燃锅炉数量较多，普遍存在烟管腐蚀较严重现象，每年更换烟管造成的经济损失更是难以估量。现就我市某机关后勤服务中心的一台WNS2.8-1.0/95-70-Y（Q）型热水锅炉为例，其在第二个采暖期使用期间，发现烟管漏水，经停炉检验发现全部烟管布满了大小不等的溃疡状凹坑，凹坑壁与烟管表面几乎成直角，坑径为5~10mm不等，坑深0.5~2.8mm，严重处用手锤敲击即击穿，需更换全部烟管，后该中心决定更换锅炉，损失近35万元。
1 资料调查: P+ j
现场检查该台锅炉的产品质量证明文件，发现该台锅炉产品具有完备的材质证明和检验证明，文件资料齐全。
2 运行调查' ?' u! A8 `( ^4 ]6 O
1）该热水锅炉的用途：冬季通过热水管道大循环直接为暖气片提供热源，供室内采暖。
(由于该锅炉仅供冬季采暖并非长时间满负荷运行，全年运行状态为间歇使用，每年合计运行期约为4个月，运行期间热水压力保持范围为0.6～0.7Mpa。' |5 s; _7 A- SO1 U
2）该炉采用井水供水，井水深120m，由于井底部塌方，给水含沙量较大，而且进入锅炉，烟管附有约3mm厚泥沙。5 W: w% @& R) X5 `* c" gA
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该炉未配除氧器。由于种种原因，原定为采用化学除氧，未及时安装。& t/ E) W4 @' P- kB8 C% t& h9 X7 P
3 造成氧腐蚀的原因
1）锅炉停炉期间未进行合理的保养。烟管表面覆盖约3mm泥沙、水渣、腐蚀产物等沉积物，与金属母材相比，这些沉积物呈现出高电位，形成阴极。空气中的氧含量较高，并且在这些沉积物与金属间有一定的缝隙，形成氧浓差电池，使成为阳极的金属不断受到腐蚀。使得氧气和水中电解质在停炉期间仍对锅炉烟管造成腐蚀破坏。
2）供暖区水循环系统补水量过大。该锅炉采用热水管道大循环模式，为机关和机关家属院供暖。由于采暖管道很长，加之一些家属院用户家中私自装设取用热水的水管，致使系统补水量过大，带入锅炉内的溶解氧也过多。由于溶解氧的存在，金属与锅水交界面会发生电化学腐蚀，氧浓度大的部位金属失去电子，发生氧化反应，溶解氧浓度越大，相应的电极电位越高，腐蚀越严重。
3）该锅炉循环水中PH值为8.0,低于GB/T1576-2008《工业锅炉水质》规定的热水锅炉锅水PH值达到9.0~11.0的要求。溶液的PH值对金属的腐蚀会产生很大的影响。一般说来，溶液的PH值越低，接触该溶液的金属越容易产生腐蚀。当有溶解氧存在时，PH值的改变对金属腐蚀影响更大。在热水锅炉运行中我们进行了大量的数据分析，发现PH值小于6时腐蚀速度随PH值降低迅速增加，PH值在6.0~9.0之间由含氧量的高低决定腐蚀速度的高低；PH值为10.0时，铁的腐蚀速度受氧浓度影响不大，几乎为零。由此可见热水锅炉正常运行时控制锅水PH值在9.0~11.0范围内可使金属表面形成一层稳定的保护膜，形成阳极钝化，从而大大降低锅炉的氧腐蚀速度。
4）给水未采取任何除氧措施。使得补给水携带大量溶解氧进入锅炉。
5）由于水中的氧从高温炉水中不断析出，偏低的锅水流动速度不能及时将氧带走，大量氧附着在锅炉受热面上造成氧腐蚀。
6）对于热水锅炉来讲，在运行中以CO2腐蚀和垢下腐蚀为主，以O2腐蚀为辅；在停炉中以O2腐蚀、垢下腐蚀为主。CO2即能使锅炉发生酸腐蚀，又使锅炉发生电化学腐蚀。当生水碱度大时，生水中的碱度进入锅炉受热分解即产生CO2，这是锅水中CO2的主要来源。水中的CO2可使水中产生H+，而H+与溶解氧同是腐蚀电池中阴极去极化剂，使阳极铁遭受腐蚀。CO2能促进铁的腐蚀，铁初期腐蚀产物Fe(OH) 2能和CO2作用，生成溶解于水的Fe(HCO3)2。锅水中同时存在溶解氧和CO2时，溶解氧使CO2腐蚀产物Fe(HCO3)2进一步氧化（如下式），生成的CO2又可产生腐蚀。如此循环，进一步加深腐蚀。
4Fe(HC03) 2+02→2Fe203 ↓+8C02+4H20
热水锅炉无论采用何种除氧方法，即使补给水的溶解氧小于或等于0.1mg/L，也不能使热水锅炉从根本上防腐。其原因有三个方面：一是循环水中的溶解氧的含量(在循环水无除氧措施时)取决于补水泵和循环水泵是否泄漏。如果水泵泄漏，运行时会有大量空气从水泵的负压处吸入水系统，从而导致系统严重氧腐蚀。二是由于热水锅炉在运行中不是以氧腐蚀为主，因此仅除氧是不能全面防腐的。三是由于CO2具有反复参加腐蚀反应的特性(从上述反应式中可看出)。我市锅炉用水的碱度一般都大于4mmol/L，只要补水，就会增加CO2的浓度，因此CO2危害是很大的。
4 分析与对策
１）锅炉金属腐蚀的最直接的2个因素是H+（用PH值表示)和溶解氧，其它因素是对这2个因素起促进或缓解作用。在除氧水中，造成腐蚀的主要因素是H+，而在含氧的中性水或碱性水中，H+的影响极微弱，主要是溶解氧造成的腐蚀。目前，低温热水锅炉除氧的极少，热力除氧又不可能，用Na2S03化学除氧不太现实。因此，必须考虑目前不除氧情况下，如何使锅炉不结垢(或结薄垢)又不腐蚀(或轻微腐蚀)地运行。结垢与腐蚀是一对矛盾。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆一般，结垢将促进腐蚀（氧的浓差腐蚀和温差腐蚀等），但是，是否凡结垢均促使腐蚀、加速腐蚀呢？笔者认为，只要能将两者很好统一起来，即有条件地结些水垢是有防腐作用的。结垢与腐蚀的关系，就像利用如下反应方程：3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2，解释为铁既被保护（因为Fe3O4具有保护作用）又被腐蚀（因为Fe3O4也就是腐蚀产物）一样，是有条件的。从电化学腐蚀原理看，水是一种极性分子，锅炉金属置于水中，铁离子就会以Fe2+.nH2O的水合离子形式转入溶液，并在金属中留下等量电子：
Fe→Fe2+ (a)
水作为弱电解质，也会电离：
H2O→H++OH- (b)
(a)式是阳极反应，留在金属上的电子将流向电位较高的阴极，并与(b)
式反应所生成的H+发生如下反应：
2H++2e→2H→H2 (c)
(a)式反应所生成的带正电荷的Fe2+也将移到阴极，与(b)式所生成的OH-发生如下反应：
Fe2++ 2OH-→Fe(OH) 2 (d)
若水中无溶解氧，反应至此终了。阴极被Fe(OH) 2所覆盖，水不再与金属直接接触，Fe2+和电子不能再与OH-和H+相遇，它们的迁移停止，阳极反应也就终止了，腐蚀也随之终止。但是，若水中有溶解氧，情况就变了，阴极反应将不断进行下去：
H2+ O2→H2O (e)
2Fe(OH) 2+ O2+H2O→2Fe(OH)3 (f)
式(e)、(f)说明式(c)、(d)所生成的H2和Fe(OH) 2有了去处，因此，式(c)、(d)就可以不断进行下去，也即腐蚀不断进行。在碱性水中，在阴极部位还可以直接生成OH-：于是，(d)式的腐蚀反应也可以迸行下去了。
由此得知：①除氧水中，腐蚀主要是H+所致，而在含氧水中，不论是中性水还是碱性水，腐蚀主要是由溶解氧造成；②金属的腐蚀与否最主要的是看金属能否与溶有氧的水隔离、及其隔离的程度，隔离得好，就能达到防腐蚀目的。有金属保护膜作为金属的防腐层，当然最好。但是，锅炉金属铁不具备这样的性质。运行条件下，很难形成像AL203这样的致密保护膜。铁的氧化产物既然不能形成良好的保护膜，电镀覆盖保护又不可能，较好的办法就是形成一层薄的沉积盐类水垢，用水垢将金属与溶解氧隔离而达到减轻腐蚀的目的。要达到隔离目的，一定要使水垢较致密，有一定附着力，不再溶解，并使其不再过速生长，甚至使结垢1mm后不再生长。有资料表明，在低温时，含有足够的氧并处在碳平衡下的碳酸氢钙水可在阴极区上形成天然保护膜。于是，上述(d)式的反应就不能继续下去。当然，阳极反应即(a)式也就不能进行下去，腐蚀也就停止了。这种保护膜是以CaCO3和铁的氧化物的混合沉淀物为条件。如果有足够的氧扩散到阴极区，又有足够的碳酸氢钙，并有CaCO3沉淀发生，那么，在PH值为8.5左右时，这种保护摸就能形成，较有效地防止锅炉金属的腐蚀。形成保护膜呢的3个条件是：1）含有足够的溶解氧。2）含有CaCO3—CO2平衡所需的CO2。3)CaCO3碱度足以超过阴极区的CaCO3溶度积。对低温热水锅炉，具有这三个条件能够满足要求。
2）控制锅水碱度，减少CO2来源，弱化锅炉运行中CO2腐蚀。补给水尽量采用除盐水。
3）增加换热装置。锅水仅与换热装置间小范围内循环，减少补给水量。同时，补水泵和循环水泵要严禁泄漏（如果水泵泄漏，运行时会有大量空气从水泵的负压处吸入水系统）。防止循环水泵和锅炉补水泵的负压侧吸氧，使热媒中的游离02保持在最低限度。
4）其他防腐措施：(1)在锅炉的水循环回路中，保持一定的水流速度。这样可以使析出的氧化物及时被水流带走，不附在锅炉的受热面上。(2)经常从锅炉和系统网路排气阀排除气体，使已经逸出的02不致被循环水再次带回到锅炉，形成腐蚀。(3)保持热水锅炉的锅水PH值在9.0~11.0，这是系统防腐的必要条件，同时也是最简单、最有效的办法。(4)对于停用及备用的热水锅炉，要采用湿法保护。可采用防止空气进入停用锅炉内部，最简单也最实用的方法就是停炉时不将锅水放掉（因为放掉锅水，空气必须进入），同时把锅水加热到100℃以上，打开炉顶部的放空阀或安全阀进行简单的热力除氧，降低锅水中溶解氧的含量，并控制PH值为11.0左右。清除炉膛内炉渣及积灰，搞好锅炉外部防腐。然后密封保养。
论文作者:马久斌
论文发表刊物:《科技新时代》2018年11期
论文发表时间:2019/11/1
标签：锅炉论文; 溶解氧论文; 烟管论文; 金属论文; 阴极论文; 水中论文; 热水锅炉论文; 《科技新时代》2018年11期论文;