鍋爐腐蝕爐管穿孔 爐水發紅蒸汽冷凝水鐵超標一招化解

鍋爐腐蝕爐管穿孔 爐水發紅蒸汽冷凝水鐵超標一招化解

河北某材料公司新裝2臺型號為WNS6-1.25-Y/Q的6t/h蒸汽的天然氣鍋爐，一用一備，2臺鍋爐每周交替運行，鍋爐補給水為30%樹脂軟化水和70%回用的高溫蒸汽冷凝水，無除氧器，運行時給水加碳酸鈉Na2CO3作為阻垢劑，鍋爐間歇性運行，平均每天運行12小時，停爐期間未采取停爐保護措施，運行期間發現鍋爐排污水顏色發紅，回用的85攝氏度高溫蒸汽冷凝水顏色泛黃，凝水鐵超標全鐵含量0.77mg/L，蒸汽冷凝水PH值5-6.5，運行18個月后，其中1臺鍋爐發生了爐管穿孔泄漏。

▲新裝2臺鍋爐腐蝕爐管穿孔 爐水發紅蒸汽冷凝水鐵超標

一、鍋爐腐蝕爐管穿孔管樣檢查及腐蝕物檢測

停爐后對2臺鍋爐內部爐管進行了檢查，發現2臺鍋爐的高熱負荷區域的爐管表面和爐膽表面局部都有嚴重腐蝕。爐管、爐膽表面均附著有褐色的沉積物，割取了腐蝕穿孔爐管和已腐蝕未穿透的爐管分別查看，爐管表面有很多大大小小的鼓包，鼓包外表層為黃褐色；撥開外表層，次層為附著性較強黑色堅硬沉積物；除去所有腐蝕產物后發現其下有潰瘍狀腐蝕坑，且腐蝕坑密集，深度為0.1~1.7mm，有的已經接近穿透。爐膽表面許多部位有明顯的皿狀腐蝕溝槽和腐蝕跡象，爐膽表面腐蝕坑最深處達2~3.4mm，腐蝕部位有堅硬的黑褐色的腐蝕產物，用磁鐵接近鏟除下來的黑褐色的腐蝕產物，發現有磁性，疑為四氧化三鐵Fe3O4。

經對割取的腐蝕部位爐管管樣進行金相檢查和力學性能試驗，試驗表明爐管金屬基本沒有變化，爐管也沒有明顯脫碳現象，可以確定鍋爐爐管無過熱腐蝕和應力腐蝕現象。經對爐管腐蝕產物及爐膽腐蝕產物檢測化驗發現：爐管腐蝕產物鐵氧化物占比高達87.4%，爐膽腐蝕產物鐵氧化物占比高達74.7%。

▲鍋爐爐膽表面局部都有嚴重腐蝕爐管腐蝕穿孔

二、鍋爐爐管腐蝕穿孔原因分析

爐管腐蝕產物鐵氧化物占比高達87.4%，爐膽腐蝕產物鐵氧化物占比高達74.7%，鍋爐內的鐵氧腐蝕產物的有5個來源：

1、鍋爐爐膽和爐管自身的氧腐蝕產物。鍋爐沒有除氧器或除氧措施，給水攜帶溶解氧進入鍋爐，引起電化學腐蝕，鐵和氧形成兩個電極，鐵的電極電位比氧的電極電位低。氧氣對鋼和鐵的腐蝕速度具有雙重影響，一方面，氧氣無論對于陰極還是陽極，都是很好的去極化劑，加速了金屬的腐蝕速度。另一方面，鍋爐水中溶解氧濃度增大，由于鋼材受溶解氧腐蝕的結果，在其表面產生致密的保護膜，所以會使腐蝕減弱。保護膜形成后，雖然可在鋼材表面減少腐蝕核心的數目，卻提高了每個已開始腐蝕點的腐蝕速度。由于氧腐蝕具有局部性的特點，所以我們就看到了很多大大小小的鼓包，清除鐵氧腐蝕物后看到一個個麻點狀潰瘍腐蝕凹坑。

2、停爐腐蝕產物。鍋爐是間歇性運行，每天鍋爐運行12小時短周期停爐12小時，2臺6t/h鍋爐每周交替運行，每臺鍋爐每月長周期備用停爐15天，2臺鍋爐停爐均未采取保護措施，停爐期間有外界空氣中的氧進入未排空爐水烘干的爐內，潮濕的爐內氧腐蝕損害設備作用不可小覷，實踐表明，停爐期的腐蝕往往比運行中的腐蝕更為嚴重。當鍋爐頻繁停用，在運行腐蝕中生成的低價氧化鐵，在鍋爐下次停用時，由于吸收空氣中的氧又重新被氧化成高價氧化鐵，隨著運行和停用交替進行，反復進行腐蝕過程，從而導致腐蝕加劇，所以啟停頻繁的鍋爐腐蝕尤為嚴重。

3、給水帶入的鐵氧腐蝕物。鍋爐給水為30%樹脂軟化水和70%回用的高溫蒸汽冷凝水組成，由于鍋爐使用碳酸鈉Na2CO3作為阻垢劑，鍋水中存在大量的碳酸氫根，鍋水中碳酸氫根受熱分解成二氧化碳CO2，二氧化碳CO2隨蒸汽進入用熱系統和蒸汽冷凝水回收系統，二氧化碳CO2溶入不僅降低蒸汽和回用的蒸汽冷凝水的PH值，還會對蒸汽和凝水系統設備及管線造成酸性腐蝕，這也是回用的85攝氏度高溫蒸汽冷凝水顏色泛黃，凝水鐵超標全鐵含量0.77mg/L，蒸汽冷凝水PH值5-6.5呈酸性的原因。

凝水鐵超標全鐵含量0.77mg/L，凝水未處理直接回用鍋爐，不顯色的二價鐵離子在鍋內受熱氧化成顯色三價鐵，隨著鍋水不斷濃縮鐵離子濃度增大，鍋水顏色開始發紅，這也是運行期間發現鍋爐排污水顏色發紅的主要原因。鍋水中不斷濃縮鐵離子沉積在鍋爐受熱面上形成氧化鐵垢即鐵氧腐蝕物。

▲鍋爐內煙管、鍋筒、爐膽上數量眾多大小的鼓包，鼓包外層為堅硬且附著性很強的黃褐色沉積物，刮開外層，中間為鐵銹，最下層為黑色物質。

4、氧化鐵垢下腐蝕產物。無論鍋爐爐膽和爐管自身的氧腐蝕產物、還是停爐腐蝕產物、或者給水帶入的鐵氧腐蝕物，它們在鍋爐爐膽和爐管形成氧化鐵垢為主的鐵氧腐蝕物，鐵氧腐蝕物中的三氧化二鐵Fe2O3，成了鍋爐內腐蝕的去極化劑，這時鍋爐內會發生下列電化學腐蝕：

陰極區：Fe2O3?nH2O+2e→2Fe(OH)2+2OH￣+(n-3)H2O

陽極：Fe→Fe2+2e

二次反應：Fe2++2OH￣→Fe(OH)2

進一步氧化反應：4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3

再轉化：2Fe(OH)3+Fe(OH)2→Fe2O3+4H2O

總反應：2Fe+2Fe2O3?nH2O+O2→Fe3O4+nH2O

如此，只要爐內存在三氧化二鐵Fe2O3，就會使氧化鐵垢下腐蝕反應不斷持續，氧化鐵垢鼓包不斷形成，氧化鐵垢下腐蝕坑越來深，隨著時間延長，鍋爐爐膽和爐管穿孔和泄漏在所難免。

▲鍋爐腐蝕爐管穿孔 爐水發紅蒸汽冷凝水鐵超標

5、爐膽介質濃縮堿腐蝕產物。從爐膽表面的腐蝕情況和腐蝕物分析來看，爐膽的腐蝕與爐管的腐蝕有所差異，爐膽腐蝕是以介質濃縮堿腐蝕為主。由于鍋爐給水投加Na2CO3碳酸鈉防垢劑，鍋爐爐膽的熱負荷很高，而且爐水循環不明顯，碳酸鈉的水解反應：Na2CO3+H2O→2NaOH+CO2↑，給水堿度的一半在鍋爐內分解產生了氫氧化鈉NaOH，所以沉積的鐵氧腐蝕物下就會由于滲入鍋水蒸發而發生濃縮而產生侵蝕性的濃氫氧化鈉NaOH，盡管這種濃縮的爐水在又有新爐水的滲入而發生稀釋，但是這種滲入——蒸發濃縮——再滲入——再蒸發濃縮的過程始終持續進行。從整體地來看，鐵氧腐蝕沉積物下一直存在著高濃度的氫氧化鈉NaOH爐水，而且越靠近爐膽處氫氧化鈉NaOH濃度越高，最嚴重情況下鐵氧腐蝕沉積物下氫氧化鈉NaOH濃度可達15%。這時爐膽鋼鐵表面的保護膜Fe3O4首先和濃NaOH反應，隨后其下的基體金屬鐵也和氫氧化鈉NaOH反應，產生鐵酸鈉和亞鐵酸鈉。反應如下：Fe3O4+4NaOH→2NaFeO2+Na2FeO2+2H2O，而鐵酸鈉和亞鐵酸鈉又與滲入的爐水發生水解反應，生成氧化鐵和氧化亞鐵腐蝕產物和氫氧化鈉NaOH，氫氧化鈉NaOH又繼續腐蝕金屬，而在這整個過程中氫氧化鈉NaOH并不會被消耗損失。所以發生這種局部介質濃縮堿腐蝕時，僅靠檢測鍋水pH值和堿度很難發現局部介質濃縮引起的高濃度堿腐蝕情況。

綜上所述，該鍋爐由于給水無除氧器或除氧措施，造成鍋爐系統不同部位的氧腐蝕；鍋爐間歇性運行停爐腐蝕產物；鍋爐補給水投加碳酸鈉防垢劑，造成蒸汽冷凝水PH值偏低呈酸性，酸性凝水腐蝕攜帶超標鐵離子進入爐內沉積在鍋爐受熱面上結垢；Fe2O3引起的電化學腐蝕持續發生在腐蝕產物氧化鐵垢下；爐膽局部介質濃縮堿腐蝕產物，是鍋爐內的鐵氧腐蝕產物的有5個來源，也是鍋爐發生腐蝕及爐管穿孔泄漏的原因。

▲爐水發紅（左） 蒸汽冷凝水顏色泛黃鐵超標呈酸性（右） 軟化水（中）

碳酸鈉Na2CO3溶于水呈堿性，可提高鍋水堿度和PH值，中和酸性給水中的二氧化碳，解決酸性軟化水或除鹽水對鍋爐及管道的腐蝕。碳酸鈉Na2CO3是弱電解質，溶于水中形成了碳酸鈉和碳酸氫鈉的緩沖溶液，在溶液中存在著電解的平衡，碳酸鈉Na2CO3電解出來的氫氧根與鍋水中的硬度成分（如鈣離子、鎂離子）結合參與反應形成無定形水渣，不生成結晶形式水垢，從而達到防垢目的。碳酸鈉Na2CO3調節鍋水中PH值相對穩定，PH值波動幅度小，這一點優于使用NaOH氫氧化鈉調節鍋水PH值和堿度。

盡管碳酸鈉Na2CO3調節鍋水堿度、PH值、防垢相對于氫氧化鈉NaOH有一些優勢，但是使用碳酸鈉Na2CO3需要注意4個問題：相對于氫氧化鈉調節pH速度慢，且范圍有限；鍋爐給水加碳酸鈉會降低蒸汽及凝水PH值，腐蝕換熱器及凝水管線；鍋爐給水加碳酸鈉過量會造成鍋水含鹽量加大，電導率上升；鍋爐已有結垢或發生腐蝕時少用、慎用，會在結垢或腐蝕物局部在造成介質濃縮堿腐蝕，會加速鍋爐設備腐蝕、穿孔、泄漏。

各位同仁，各位同學，除了用碳酸鈉與氫氧化鈉調節鍋水堿度、PH值、防垢，您還知道哪些水處理藥劑調節鍋水堿度、PH值、防垢作用的？您單位又是如何調節鍋水堿度、PH值、防垢的？關于鍋爐給水、爐水、蒸汽冷凝回水調節PH值、爐水發紅、蒸汽冷凝水有硬度、鍋爐腐蝕結垢爆管、蒸汽系統腐蝕、蒸汽冷凝水鐵超標、蒸汽凝結水顏色發黃、鍋爐結垢不停爐不停工在線除垢技術、凝汽器結垢不停機不停工不停車在線清洗除垢技術等問題，北京化工大學顏輝I86OO475З86隨時歡迎各位同仁討論問題交流經驗心得，隨時歡迎各位同仁分享鍋爐設備管理使用經驗，就解決鍋爐各種實際問題相互學習。鍋爐腐蝕爐管穿孔 爐水發紅蒸汽冷凝水鐵超標一招化解

相對于碳酸鈉或者是氫氧化鈉調節鍋爐給水調節ph值的各種不足，近年來，使用堿性水處理藥劑——多效能BF防腐除垢劑來調節鍋爐給水PH值的用戶越來越多了。

▲爐水發紅，蒸汽冷凝水呈酸性，爐管腐蝕穿孔，看到了腐蝕坑那個穿孔嗎？

三、替代碳酸鈉Na2CO3調節鍋水堿度、PH值、防垢技術產品——多效能BF防腐除垢劑

除垢阻垢分散鐵垢、防腐緩蝕、調節PH值多效能BBF防腐除垢劑的特點。為了解決工業鍋爐供熱系統的嚴重腐蝕問題，在國家科技部的大力支持下，北京化工大學研究成功了連用法鍋爐防腐阻垢劑及防腐阻垢技術。該技術不需要昂貴的除氧設備，只要按照給出的工藝條件，把具有除垢阻垢分散鐵垢、防腐緩蝕、調節PH值、消泡、加藥指示和防失水作用的防腐阻垢劑BF防腐除垢劑加入系統，就能連續地達到運行防腐阻垢和停用防腐保養的雙重目的。性能測試和大量鍋爐用戶的應用實踐證明，BF防腐除垢劑多效能10項優勢：

1、防腐、覆保護膜 緩蝕率≥99％，阻垢阻垢率≥99％、阻垢范圍寬，無磷配方替代磷酸三鈉；

2、作為停爐保護劑 鍋爐及系統設備停用保護緩蝕率 ≥99％，停爐直接密封鍋爐設備即可，不需頻繁定期檢查，啟爐和停爐均不需排掉爐水，長期停爐、頻繁啟爐停爐、長時間間歇式鍋爐運行防腐緩蝕保護都適用；

3、作為鐵垢分散劑 除銹 分散鐵垢；尤其適用于高溫蒸汽冷凝水無除鐵處理工藝直接回用的鍋爐；

4、堿性藥劑，作為PH值調節劑 提高給水、爐水PH值，中和CO2弱酸性腐蝕，替代碳酸鈉、氫氧化鈉、氨水；

5、溶垢除垢、螯合清除系統老垢，替代鍋爐酸洗保養，實現無損害在線清洗鍋爐即在線運行不用停爐；

6、作為消泡劑 提高蒸汽干度，保證蒸汽品質；

7、生水+ 多效能BF防腐除垢劑，熱水鍋爐代替軟化水，除氧操作，保護環境；

8、生水+多效能BF防腐除垢劑+BF凝水除鐵緩蝕劑，代替蒸汽鍋爐系統軟化裝置+除氧設備+除鐵設備；

9、操作方法簡便：向補水箱中加入藥劑，鍋水pH值10.5～12為合格；

10、對水垢的螯合作用、分散作用以及晶格畸變作用都是非化學計量的，具有閾值效應，加藥劑量少，降低鍋爐排污率。

關于除垢阻垢分散鐵垢、防腐緩蝕、調節PH值多效能BF防腐除垢劑作用機理，限于篇幅此處省略，顏輝歡迎隨時索取。

▲鍋爐腐蝕爐管穿孔，鍋筒發生氧腐蝕后潰瘍腐蝕坑

四、鍋爐爐管腐蝕穿孔解決方法及效果

1、鍋爐在更換完腐蝕嚴重的和穿孔的爐管后，進行化學酸洗除垢除銹，清除鍋爐內部的焊渣、雜質等。

2、鍋爐運行期間，停止向爐內加磷酸三鈉Na2CO3，使用除垢阻垢分散鐵垢、防腐緩蝕、調節PH值多效能BF防腐除垢劑替代磷酸三鈉Na2CO3作阻垢劑，控制爐水PH值在10~12。徹底解決給水加碳酸鈉Na2CO3作為阻垢劑，對爐膽、爐管局部介質濃縮堿腐蝕造成的安全隱患。

3、鍋爐給水適當添加BF凝水除鐵緩蝕劑調節蒸汽冷凝水pH到7.5-8，以保護蒸汽系統和凝水回收系統設備和管網免遭酸性腐蝕和氧腐蝕，徹底解決高溫蒸汽冷凝水鐵離子超標、凝水顏色發黃問題。

4、兩臺鍋爐是交替間歇性運行，鍋爐不僅停爐周期長，而且每天停爐啟爐一次，鍋爐運行12小時短周期停爐12小時，鍋爐在停用期間，為防止停爐腐蝕，必須采取停爐保護措施。由于BF防腐除垢劑也是濕法停爐保護劑，爐水中有存量BF防腐除垢劑，長短期停爐均無須排放爐水，無須帶壓保護，直接密封鍋爐，長短期停爐后開爐，均無須排放更換爐水直接啟爐。

采取上述措施后，鍋爐運行期間鍋水、爐水外觀通透純凈顏色恢復正常，再也沒出現鍋爐排污水顏色發紅，回用的85攝氏度高溫蒸汽冷凝水也沒有出現顏色泛黃情況。

鍋爐運行180天后，開爐查看，爐內高熱負荷區爐膽和爐管沒有出現局部腐蝕，而且爐膽和爐管表面均已經形成灰黑色的保護膜。

鍋爐腐蝕爐管穿孔 爐水發紅蒸汽冷凝水鐵超標一招化解（顏輝）