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锅炉安全运行的重要环节之腐蚀控制

发布时间:2019-06-04 10:05

  摘要:锅炉是工业生产和人类生活的热能动力之源,被誉为工业的心脏,在国民经济中占有重要的地位。近几十年来,世界上以安全和节能为发展战略的锅炉水处理技术取得了长足进步,许多重大研究开发成果已转化成一系列技术标准和法规,如《火力发电厂水处理设计规程》《低压锅炉水质标准》等等,其中腐蚀的控制是关系到锅炉安全运行的重要环节。


  关键词:锅炉;腐蚀;缓蚀剂


  中图分类号:TK229文献标识码:A文章编号:


  1锅炉腐蚀特征与现状


  1.1锅炉腐蚀的原因


  腐蚀一词是指材料在周围环境介质的化学或电化学作用下发生的破坏。从腐蚀的观点来看,锅炉仅仅是一层钢支承着的磁性氧化铁薄膜。锅炉腐蚀控制主要取决于这层薄的、均匀的、附着牢固的保护膜的生成和维持。水中溶解过多的氧及氢离子、氢氧根离子均能部分或全部破坏已生成的保护膜使金属发生严重腐蚀。


  1.2锅炉腐蚀的危害性


  腐蚀会严重影响锅炉运行的安全性和使用寿命,其主要危害为:


  第一、产生腐蚀后,锅炉的省煤器、水冷壁、对流管束、锅筒等金属构件遭到破坏而变薄,或局部点状腐蚀而凹陷甚至穿孔。严重的腐蚀会使金属内部结构破坏而强度显著降低发生爆管。这都会缩短锅炉的使用年限,或需停炉停产进行修复。


  第二、若锅筒发生苛性脆化,会引起锅炉爆炸。


  第三、金属腐蚀产物转入水中,使水中杂质增多,又加剧受热面上的结垢过程。含有高价铁的水垢,容易引起垢下金属铁的腐蚀,而铁的腐蚀又容易重新结成水垢。这种恶性循环会迅速导致爆管事故。


  1.3锅炉防腐技术现状


  统计数据显示,2007年全国在用锅炉总台数54.41万台。因此,控制锅炉腐蚀提高设备安全性的任务格外艰巨。通过对锅炉腐蚀的研究,特别是氧气对腐蚀影响的研究,为人们提供了一系列解决锅炉腐蚀的方式方法。通常可以分为除氧器法,除氧剂法和缓蚀剂法。


  2除氧器法和除氧剂法防腐技术


  2.1除氧器是一类能够从水中除去氧气的设备,种类繁多,大致可分为以气体融解定律为基础的热力除氧器、真空除氧器、解析除氧器,类似于离子交换的氧化还原除氧器,利用氧和铁发生腐蚀反应的钢屑除氧器等。


  2.2除氧剂是一类能够从水中除去溶解氧的物质。作为有代表性的腐蚀控制方法之一,除氧剂广泛用于锅炉水处理、油田水处理、污水处理以及许多化工过程的工艺用水处理中,以防止水中溶解氧对金属的腐蚀。


  最常用的除氧剂是亚硫酸盐。亚硫酸钠不但可作为运行锅炉除氧剂,而且还可作为停用锅炉保护剂。


  工业上广泛使用的另一种化学除氧剂是水合联氨。水合联氨能与溶解氧反应生成氮气和水,除氧效果优于亚硫酸钠,广泛用于高压锅炉给水除氧,作为机械除氧的辅助措施。


  3缓蚀剂法防腐技术


  3.1缓蚀剂的定义


  缓蚀剂是用于腐蚀环境中抑制金属腐蚀的添加剂,又称腐蚀抑制剂或阻蚀剂。目前缓蚀剂尚无统一的定义,美国实验与材料协会《关于腐蚀和腐蚀术语的标准定义》(ASTM-G15:76)对缓蚀剂的定义为:“缓蚀剂是一种当它以适当的浓度和形式存在于环境(介质)时,可以防止或减缓腐蚀的化学物质或复合物。”


  3.2缓蚀剂的特点:


  第一、基本上不改变腐蚀环境,就可获得良好的防腐蚀效果。


  第二、可基本不增加设备投资,操作简便,见效快。


  第三、对于腐蚀环境的变化,可以通过相应改变缓蚀剂的种类或浓度来保证防腐蚀效果。


  第四、同一配方的缓蚀组分有时可以同时防止多种金属在不同腐蚀环境中的腐蚀破坏。


  第五、缓蚀剂可以作为一种化学品单独使用也可以作为添加剂使用。


  3.3缓蚀剂在锅炉贮运过程中的应用


  在锅炉贮运过程中,经常会受到大气中水分、氧气和腐蚀性气体的作用而遭受大气腐蚀。金属结构、机械、工具、仪器等都会遭受大气腐蚀。缓蚀剂法是最重要的防止金属大气腐蚀的方法。防止铁基合金的腐蚀又称防锈,铁基合金的缓蚀剂又称防锈剂。根据保护对象的不同,缓蚀剂既可直接使用,又可以其他材料为载体,制成防锈纸、防锈油、防锈脂、防锈漆等使用。


  3.4缓蚀剂在锅炉运行期间的应用


  3.4.1氧腐蚀缓蚀剂


  高压锅炉一般使用联氨类物质。联氨的优点在于热分解产物和除氧反应产物都是挥发性的,既不会增加水中固态物含量,也不会在蒸汽冷凝时造成腐蚀。联氨在水中和氧的反应非常缓慢,一部分联氨和氧共存,可以采用加入催化剂的方法加速联氨和氧的反应。


  重铬酸盐和亚硝酸钠也曾被采用来防止运行锅炉的氧腐蚀。它们的作用是使金属表面钝化,能在不除氧的情况下防止锅炉的腐蚀。但是,由于它们在高温下能引起金属严重局部腐蚀以及加量不足时可能引起孔蚀而没有继续采用。


  3.4.2碱腐蚀缓蚀剂


  碱腐蚀曾是锅炉的一大危害,特别是胀接和铆接锅炉,破坏事例很多。随着水处理方法和锅炉设计的改进,由碱引起的应力腐蚀破裂事故已大大减少。但由于碱在垢下、水线等处浓缩所引起的腐蚀仍然存在。一种获得广泛应用的防止碱腐蚀的方法是调和磷酸盐法。该法是根据磷酸三钠的水解反应:Na3PO4+H2O→Na2HPO4+NaOH调整锅水的化学成分,消除游离氢氧化钠而防止碱腐蚀。


  3.4.3蒸汽凝结水系统缓蚀剂


  常见的蒸汽凝结水系统中钢和铜的腐蚀是由二氧化碳和氧引起的,可用环己胺、吗琳等挥发性缓蚀剂。将环己胺或吗琳投入锅炉给水中,它们就会和蒸汽一道挥发,溶解于凝结水中。当凝结水中含有缓蚀剂1~2mg/L时,钢和铜的腐蚀会大大减轻。在大多数情况下,两种缓蚀剂的浓度保持较低不会加速铜的腐蚀,其中尤以吗琳为好。两种胺都是钢的阳极性缓蚀剂,能够中和二氧化碳、提高凝结水的pH值,因而习惯上称它们为“中和胺”。


  更有效的凝结水系统缓蚀剂是一些分子量大的直链烷基胺,最常用的是十八烷胺。将其加入蒸汽管线中,使之在凝结水中的含量为1mg/L,即可有效地保护钢和铜免遭腐蚀。这类胺是吸附型缓蚀剂,能够在金属表面形成疏水性的吸附膜,将金属与腐蚀介质隔开。因此.这类胺习惯上称为“膜胺”。


  3.5缓蚀剂在锅炉停用备用期间的应用


  普遍认为,锅炉设备在停用和备用期间的腐蚀甚至比运行时的腐蚀更严重。传统的停用备用保护方法是干法和湿法。前者是从系统中除去水,后者是从系统中除去氧。但是,由于实施过程比较复杂难以达到技术条件,实行了保护而仍然发生腐蚀的事例很多。中国近年来用TH901法对停用备用锅炉进行防腐。TH901是一种专用缓蚀剂,只要按一定工艺将其放入设备,它就能挥发到整个金属表面使干净金属和垢下金属都得到有效保护。


  3.6缓蚀剂在锅炉清洗过程中的应用


  锅炉使用前和在运行一段时间之后往往需要清洗,缓蚀剂是保证化学清洗安全的关键。中性清洗剂由具有湿润、分散、乳化和增溶作用的表面活性剂、缓蚀剂及水等组成。碱性清洗剂由氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠、磷酸三钠等碱性化合物及表面活性剂、缓蚀剂和水等组成。酸性清洗药剂由盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、氯氟酸、氨基磺酸、草酸、柠檬酸、羟基乙酸等无机酸或有机酸及缓蚀剂和水等组成。鳌合清洗剂由EDTA等鳌合剂、缓蚀剂和水组成,溶液多为中性或碱性。有机溶剂包括全氯乙烯、三氯乙烯、二甲苯、汽油、煤油、柴油、松节油、丙酮、二氯甲烷、二氯乙烷等等,向其中加人缓蚀剂即可制成清洗剂。


  结束语


  随着科技的发展,锅炉防腐技术必将日益完善,缓蚀剂依托其较强的经济性和适应性将会得到更广泛的使用,在锅炉安全、经济运行中发挥更重要的作用。本文来自《全面腐蚀控制》杂志

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