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摘要：对于锅炉常见的腐蚀之一氧腐蚀发生的原理，锅炉四管中最易发生部位，及发生氧腐蚀后管壁外观特征，金相组织变化等做一阐述，并介绍了相应防范措施。
关键词：锅炉 氧腐蚀 外形特点 预防措施
锅炉“四管”（水冷壁、过热器、省煤器、再热器）爆漏事故基本可以分为以下几种原因：管壁磨损、焊接质量、过热、腐蚀等。因为腐蚀造成的管壁爆管泄漏虽然在机组运行过程中所占比重不大，但是腐蚀爆漏尤其是炉内腐蚀具有突发性，一旦发生受损范围较大，容易造成大面积受热面损坏。影响较大，所以应引起足够重视。
炉内腐蚀又分为氧腐蚀、氢腐蚀、垢下腐蚀等，本文就省煤器氧腐蚀的原理，管壁内受氧腐蚀后形状特点，管材本身化学成分变化以及预防措施进行简要探讨。
一、氧腐蚀原理
氧腐蚀是在给水中残留有溶解氧，而锅炉省煤器管基本采用20G、15Cr等材质。这些材质本身含有石墨、渗碳体等，当含有杂质的金属壁与电解质溶液（酸、碱、盐）相互接触时，就会造成局部原电池，引起电流从金属的一部分流向另一部分，从而产生电化学腐蚀。
当金属表面与含有O2、CO2等不纯物的水蒸汽接触时，就像铁盒杂质处于电解质溶液一样，在纯铁与杂质之间产生电位差，形成无数个微小的腐蚀电池，电极电位小的纯铁为腐蚀电池的阳极，电极发生氧化反应，即铁失去电子成Fe2+离子进入水膜。同时，多余的电子移向阴极杂质，阴极发生还原反应，即溶解氧得到电子与水结合生成OH-离子，水膜中的Fe2+和OH-离子结合，生成Fe(OH) 2,附在铁表面上，铁便很快遭到腐蚀，其反应方程式如下：
阳极：2Fe-4e→2Fe2+
阴极：O2+2H2O +4e→4OH-
总反应方程式：2Fe+O2+2H20→2Fe(OH) 2
然后Fe(OH) 2被蒸汽中的氧气进一步氧化为Fe(OH) 3，即发生如下反应：24Fe(OH)2+O2+2H20=4Fe(OH)3
Fe(OH) 3及其脱水产物Fe2O3是红褐色铁锈的主要成分。
除此之外，锅炉的金属表面还常氧气分布不均匀引起腐蚀，原因是在有电解质存在的情况下，在高氧浓度和低氧浓度部位的金属之间会产生电位差，这样，由于氧气浓度不同而形成了浓差电位，高氧浓度部位的金属为腐蚀电池的阴极，低氧浓度部位的金属为腐蚀电池的阳，于是，就产生了和上述原理相同的腐蚀过程，金属遭到破坏。
水中溶解氧不仅直接腐蚀锅炉金属，而且破坏了金属表面上的致密保护膜Fe(OH) 2沉淀，因此，氧对热力设备腐蚀影响极大。一般情况下，金属腐蚀速度与氧的浓度成正比。
二、氧腐蚀造成爆管外形特点
以宁煤烯烃公司2#炉2013年12月份省煤器爆管为例，管壁规格φ32*4，材质20G，泄漏部位为省煤器入口集箱出口管座外300mm处。爆管后在泄漏部位附近取三段进行分析，分别取自爆管处，爆管左侧平行第一根，右侧平行第一根。做纵向剖分宏观特征如图：
（一）内壁表面特征
取1#、2#省煤器管样，沿纵向剖开成未泄漏（减薄）侧和泄漏（减薄）侧两半，进行内壁表面形貌分析。壁表面形貌见照片1#、2#分析结果如下：
1、1#、2#省煤器管样内壁均为溃疡状、小孔型的局部腐蚀。且小孔大小不均，数量较多，在泄漏部位小孔较为密集，其余部位呈均匀状分布。
2、1#、2#管样内壁垢的表层基本全部为砖红色，其上分布黄褐色的小鼓包和少量黑褐色垢。
以上宏观特征为氧腐蚀形态的典型特征，可以看出2#炉炉水含氧量过高。
（二）体镜形象
在体镜下分析省煤器管外壁表面形貌，特征如下：
1、1#管样泄漏口附近及“凹陷”区有密集的黑褐色的“凹起”，局部由黄褐色的腐蚀产物。
2、2#管样“凹陷”区有桔黄垢和局部土灰色垢，腐蚀减薄区周围有的黑褐色垢脱落。
3、1#管样减薄区有大小不一的圆形“坑”，有的“坑”还镶嵌灰褐色物质，也有“慧星”状、近似椭圆形的较大的凹坑。
（三）化学成份
对此两段管样取粉末样进行化学成份分析，检验结果和GB/5310-2008《高圧锅炉用无缝钢管》对20G钢管的化学成分技术条件列于下表。
从表中数据可以看出：
所检2#、3#管样材料的化学成份均符合GB/5310-2008《高圧锅炉用无缝钢管》对20G钢管的化学成分技术条件要求。
（四）机械性能
对试样1进行室温拉伸实验，分两部分，爆口附件管壁减薄侧和未减薄侧拉伸实验结果和GB/5310-2008《高圧锅炉用无缝钢管》对20G钢管的拉伸性能技术条件要求列于下表。
从表中数据可以看出，管样对侧抗拉强度Rm、下屈服强度Rel符合GB5310-2008《高圧锅炉用无缝钢管》对20G钢管的拉伸性能要求，管壁减薄对侧的断后伸长率A符合标准要求，减薄侧的断后伸长率A低于标准要求（≥24%）,伸长率A为19.5%，这可能与管壁损伤有关。
（五）金相分析
从1#、2#省煤器管样上取金相样，经镶嵌，磨制，抛光，侵蚀工艺处理后，采用ZELSS.Imager.A1mjian研究型金相显微镜，在不同放大倍数下进行泄漏侧（减薄侧）、泄漏对侧（减薄对侧）的金相分析。
（1）金相组织
对1#、2#省煤器管样泄漏侧（减薄侧）、泄漏对侧（减薄对侧）的金相组织进行分析。结果如下：
1、1#样材料的金相组织为珠光体+铁素体，晶粒度7-8级。晶粒沿爆口方向拉长，为韧性断裂。
2、2#样材料的金相组织为珠光体+铁素体，晶粒度7-8级，金相组织无形变特征。
总之，对抽检的三段2#炉省煤器管样未发现珠光体球化、重新相变和蠕变、蠕变空洞等组织损伤特征，其泄漏与超温无关。
（2）脱碳层检验
对1#、2#金相显微镜下进行内部外壁脱碳层检验，结果表明：1#管样内壁局部有脱碳现象，脱碳层深度约为0.04mm，外壁无脱碳现象，2#管样内壁均无明显的脱碳现象。
分析原因1#管样局部脱碳现象与泄漏点位置有关。
根据实例可以看出，炉管发生氧腐蚀有以下几方面特点：
1、从爆管发生部位来看，氧腐蚀主要发生在省煤器入口段的内壁，严重的可达省煤器中部乃至锅炉水冷壁。
2、从爆口腐蚀点分布看，在爆口位置附近腐蚀坑成集中布置状，但在非泄漏区域管段同样呈现氧腐蚀现象，其分布扩散。说明在爆口首先会出现在腐蚀严重管壁薄弱段。说明氧腐蚀所造成的破坏面较大。
3、从爆口形态上看，爆口附近形成很多小鼓包，其直径大小为1—15mm不等，鼓包内黑色产物被清除后，可以看到金属表面出现的
溃疡状腐蚀坑。
4、从管壁金相分析来看，爆口为正常的珠光体+铁素体组织，晶粒沿爆口方向拉长，为韧性断裂。
三、氧腐蚀的预防措施
（1）保证除氧器运行工况稳定。
（2）加强对凝结水系统疏水及法兰等的内漏检查。
（3）当负荷变动时，回热系统运行工况变化应加以重视，防治压力变化时，空气经疏水阀门进入给水系统。
（4）在锅炉停运时，加强锅炉保养措施。
参考文献
[1]金属的电化学腐蚀和防护 人民教育出版社
[2]电厂金属材料水利电力出版社 1979年
[2]大容量锅炉四管爆漏问题 赵旺初 锅炉技术
[3]氧腐蚀对工业锅炉的危害及其防治 陈炳华 中国设备工程 2003（4）：29-30
论文作者:管晓军,赵传抗
论文发表刊物:《电力设备》2016年第2期
论文发表时间:2016/5/23
标签：金相论文; 省煤器论文; 锅炉论文; 管壁论文; 脱碳论文; 内壁论文; 部位论文; 《电力设备》2016年第2期论文;