热力设备系统的腐蚀和控制.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第六节 热力设备系统腐蚀与控制,锅炉及其管道腐蚀会影响锅炉及热力系统安全经济运行。发生在锅炉金属表面腐蚀，会造成运行锅炉发生故障，以致锅炉提前报废，缩短其使用年限。给水系统腐蚀产物，若被带入锅炉，会污染锅水，引发锅炉内部结垢和腐蚀。所以做好锅炉系统金属防腐蚀工作至关主要。,一、,氧腐蚀与控制,二、酸碱腐蚀与控制,三,、铁垢腐蚀及控制,第1页,3.1、氧腐蚀及控制,氧腐蚀是锅炉系统最常见、较严重腐蚀。因为给水普通都与大气进行了充分接触，水中溶解氧基本上是饱和状态，所以给水流流过管路及设备都有发生氧腐蚀可能。,第2页,、原理,铁受水中溶解氧腐蚀是一个电化学腐蚀，铁和氧形成两个电极，组成腐蚀电池，其反应为：,阳极过程 FeFe2 2e,阴极过程 1/2O2 H2 O2e2OH-,因水中含有溶解氧，所以Fe(OH)2 将深入被氧化为Fe(OH),3,。伴随条件不一样（温度、值、溶解氧含量），也可得到更为复杂腐蚀产物，比如铁锈瘤即为mFe(OH),2,nFe(OH),3,pH,2,O或mFeOnFe,2,O,3,pH,2,O。氧腐蚀产物是铁氧化物。这么会恶化锅炉水质。,第3页,、腐蚀特征,当钢铁受到氧腐蚀时，经常在其表面形成许多小型鼓包，其直径自1mm至20-30mm不等，这种腐蚀特征称为溃疡腐蚀。鼓包表面颜色由黄褐色到砖红色不等，次层是黑色粉末状物，这些都是腐蚀产物。当将这些腐蚀产物去除后，便会出现因腐蚀而造成陷坑。,第4页,、腐蚀部位,锅炉系统发生氧腐蚀部位决定于水中溶解氧含量和设备运行条件，通常，最易发生氧腐蚀部位是省煤器和锅炉补给水入口处周围烟管等高温部位若蒸汽凝结水回用，则有时补给水温度较高，这种情况下软水箱，给水管道很易发生氧腐蚀。,在回水系统中，因回水箱是通大气，而且有些回水管道不是经常有水，无水时管道便为空气所充满，所以回水中常含有大量氧。所以回水系统经常有严重氧腐蚀。,第5页,、氧腐蚀控制,选取耐蚀材料 如用铜管作回水管道；用铸铁作省煤器材料；用不锈钢板等作软水箱衬里。,树脂涂覆保护 如软水箱内表面涂覆环氧树脂。,给水除氧 给水除氧是最有效预防省煤器、锅炉氧腐蚀办法。实际上，给水除氧对于蒸汽锅炉，尤其是中、大型锅炉来说是必不可少。给水除氧主要有以下几个方法：,第6页,热力除氧,任何气体在水中溶解度都与此气体在水面上分压成正比。水温度越高，其中气体溶解度就越小，这就是热力除氧理论依据。,热力除氧不但能去除大部分溶解氧，而且还能去除水中CO,2,、NH,3,、H,2,S等腐蚀性气体，且不增加给水含盐量。,热力除氧器型式多样，但不论何种结构热力除氧器，从整体上看都可分为两部分：脱气塔和贮水箱。脱气塔作用是将水分散成细水流或小水滴，最大程度地增加水、汽接触面积，以利于水加热过程以及气体自水中解吸过程正常进行，并确保足够沸腾时间；贮水箱作用是贮存一定量除氧水，以保障锅炉用水需要，并在一定程度上起深度除氧作用。,第7页,真空除氧,真空除氧原理与热力除氧相同，也是利用水在沸腾状态时气体溶解度靠近于零特点，而除去水中溶解性气体。因为水沸点与压力相关，可在常温下利用真空方法使水到达沸腾状态，从而让水中溶解气体解析出来。显然，当水温一定时，压力越低（即真空度越高），水中残留气体含量越少。,第8页,化学除氧,化学除氧有两种方法，一个是使给水流经装有还原性填料塔，使水中溶解氧与还原性填料反应而被消耗尽或大部分被消耗掉。惯用还原性填料有铁屑和还原性树脂。,化学除氧另一个方法是向给水中加入一定浓度化学除氧剂，使水中溶解氧与化学除氧剂反应而降低。因为化学除氧剂随给水一起进入锅炉，所以化学除氧剂须对水汽循环无害。,惯用化学除氧剂有亚硫酸钠和联氨。亚硫酸钠与溶解氧反应速度较快，但亚硫酸钠会增加锅炉含盐量。且在高温时可能分解产生H2 S、SO2 等腐蚀性气体，腐蚀蒸汽系统及凝结水管道，故亚硫酸钠适合用于中、小型锅炉。联氨在碱性溶液中是一个强还原剂，而且与溶解氧反应产物及本身在高温下分解产物都不会增加锅水含盐量，同时又可预防铁垢和铜垢生成，但联氨在低温时与溶解氧反应速度较慢，且易燃易爆，对人体可能有致癌作用。故联氨惯用在中、高压锅炉。,近几年来，国内外科技工作者又研制出了许多新型除氧剂，这些除氧剂同联氨一样不会增加锅水含盐量,且除氧速度快,对人体无害。当前用于实际应用有以下几个:二甲基酮肟、甲基乙基酮肟、乙醛肟、异抗坏血酸、碳酰肼、二乙基羟胺、对苯二酚。,肟类化合物、异抗坏血酸除含有除氧作用外，同时也是一个金属钝化剂，能使金属氧化物还原，预防铁垢、铜垢形成。,第9页,联 胺,除氧原理,联胺是一个还原剂，可将水中DO还原,N,2,H,4,O,2,N,2,2H,2,O,反应产物N,2,和H,2,O对热力系统没有任何坏处。,除了与O2反应外，联胺在高温（200以上）水中可将Fe,2,O,3,、CuO等还原，,6 Fe,2,O,3,N,2,H,4,4,Fe,3,O,4,N,2,2H,2,O,2 Fe,3,O,4,N,2,H,4,6,FeO N,2,2H,2,O,2 FeO N,2,H,4,2,Fe N,2,2H,2,O,4 CuO N,2,H,4,2,Cu,2,O N,2,2H,2,O,2 Cu,2,O N,2,H,4,4,Cu N,2,2H,2,O,联胺这些性质能够用来预防锅内结铁垢和铜垢 。,第10页,除氧条件,必须使水有足够温度,温度越高，反应越快，温度低于50，联胺与O,2,反应速度很慢；温度高于100 时，反应已显著加紧；温度大于150，反应速度很快。,必须使水维持一定pH,联胺必须在碱性水中才能是强还原剂，它与O,2,反应速度与水pH亲密相关，pH在911时，反应速度最大。,必须使水中N,2,H,4,有足够剩下量,在pH和温度相同时，N,2,H,4,过剩量越大，反应速度越快，除氧所需时间越少，但不宜过多，不然可能使未反应N,2,H,4,进入蒸气。,总而言之，联胺除氧合理条件为：150以上温度，pH为911碱性介质和适当N,2,H,4,过剩量。,第11页,加药,药品,通常使用联胺是40N,2,H,4,H,2,O溶液,加药量,N,2,H,4,加药量通常按从省煤器入口所采得给水水样中剩下N,2,H,4,含量来控制。普通地，给水中过剩N,2,H,4,含量可控制在2050g/L。,加药点,N,2,H,4,大都加在给水泵低压侧，即除氧器出口处，以有利于药液和水混合。,第12页,亚硫酸钠,除氧原理,Na,2,SO,3,也是一个还原剂，能与水中DO反应，,2 Na,2,SO,3,O,2,2,Na,2,SO,4,由上式可见，Na,2,SO,3,除氧会增加水中含盐量。,除氧技术问题,影响反应速度原因,Na,2,SO3,与氧反应速度不但受温度、Na,2,SO,3,过剩量影响，而且与水中其它物质催化或阻化作用相关。温度越高，反应速度越快，Na,2,SO,3,过剩量越大，反应速度越快。Ca,2+,、Mg,2+,、Mn,2+,、Cu,2+,等对除氧反应有催化作用，而有机物和SO,4,2-,会减慢其反应速度。,第13页,Na,2,SO,3,分解,溶液在高温时可能发生分解，,4 Na,2,SO,3,3 Na,2,SO,4,Na,2,S （a）,Na,2,S2H,2,O 2NaOH H,2,S （b）,Na,2,SO,3,H,2,O 2NaOHSO,2,（c）,如，当锅内压力为10.78MPa时，Na,2,SO,3会发生（c）式分解反应，产生SO,2,等气体进入蒸气。当SO,2,和H,2,S等气体进入汽轮机后就会腐蚀汽轮机叶片、凝汽器等。所以，Na,2,SO,3,除氧只能用在中低压锅炉，高压锅炉不能使用Na,2,SO,3,除氧，可用N,2,H,4,。,第14页,催化联胺,催化联胺就是在联胺中添加了催化剂，大大提升了N,2,H,4,和O,2,反应速度，尤其是在水温较低时。,催化联胺中催化剂大都是有机化合物，主要是以下几类：醌化合物、芳胺和醌混合物、1-苯基-3-吡唑烷酮、对氨基苯酚等，普通添加量极其微小。,催化联胺在国外应用较为普遍。,第15页,有机除氧剂,碳酰肼,碳酰肼是联胺和CO,2,衍生物，,除氧反应与N,2,H,4,相同，但反应分两步，,(N,2,H,3,),2,COH,2,O,2N,2,H,4,CO,2,N,2,H,4,O,2,N,2,2H,2,O,第16页,肟类除氧剂,如甲基乙基酮肟、丙酮肟、乙醛肟等。其除氧反应，,第17页,除此之外，肟类除氧剂还是金属钝化剂，他们与Fe,2,O,3,、CuO反应生成保护性氧化物，预防金属腐蚀，,2R,1,R,2,CNOH6,Fe,2,O,3,2R,1,R,2,CO4Fe,3,O,4,N,2,OH,2,O,2R,1,R,2,CNOH4CuO,2R,1,R,2,CO2,Cu,2,O,N,2,OH,2,O,异抗坏血酸,也是一个强还原剂，有除氧作用及钝化作用,羟胺类化合物,如二乙基羟胺，是一个强还原剂，与O,2,反应速度比N,2,H,4,更加快。,第18页,第19页,3.2、酸、碱腐蚀及控制,、酸腐蚀原理,、酸腐蚀部位,、碱腐蚀原理,、碱腐蚀部位,、控制酸、碱腐蚀方法,第20页,、酸腐蚀原理,酸腐蚀是指金属在酸性水溶液中，以H 作为去极化剂，在阴极上析出氢气时所发生腐蚀，即所谓去极化腐蚀。它是一个全方面腐蚀，能够是均匀或非均匀腐蚀，普通腐蚀速度较快。,第21页,、酸腐蚀部位,给水系统,锅炉内部,回水系统,第22页,给水系统,给水系统运行中，因为二氧化碳大量存在，会引发强烈酸腐蚀。尤其是经过H-Na离子交换或钠离子交换加酸处理给水，值经常在以下，这种腐蚀将更为严重。,第23页,锅炉内部,锅炉内部酸腐蚀发生在沉积物下面，当锅水中含有较多氯化镁、氯化钙时，这类物质在高温下会发生水解，生成强酸，在沉积物下积累起很大H 浓度，如：,MgCl2 2H2 OMg(OH)2 2HCl,沉积物下金属在酸性条件下快速腐蚀，产生氢气，反应以下：,阳极过程 FeFe2 2e,阴极过程 2H 2e2HH2,因为反应发生在沉积物下，生成H2 受到沉积物妨碍不能很快扩散到汽水混合物区域，所以促使金属管壁和沉积物之间积累起多量氢。这些氢有一部分可能扩散到金属内部，如碳钢中碳化铁发生以下反应：,Fe3 C2H2 3FeCH4,因而造成碳钢脱碳，金相组织受到破坏，碳钢脆性增大，发生所谓氢脆现象。而且因为反应产物CH4 会在金属内部产生压力，使金属组织中逐步形成龟裂。,第24页,回水系统,当给水含有较多HCO,3-,碱度进入锅内时，会受热分解：,2HCO,3,-,CO,3,2-,CO,2,H,2,O,生成大量二氧化碳被蒸汽带走。当蒸汽凝结时，它随之溶解在凝结水中。因凝结水是纯度很高水，对酸、碱缓冲能力很差，只要溶解少许二氧化碳，就能使这种水值显著地降低。所以回水系统很轻易受到酸腐蚀，尤其是含有溶解氧时，这两种腐蚀相互促进，对金属腐蚀就将愈加严重。,第25页,、碱腐蚀原理,碱腐蚀是指游离氢氧化钠对金属腐蚀。因为锅炉在高温、高压条件下运行，此时锅水中氢氧化钠含量只要到达5-10，就能使钢铁表面氧化膜溶解，使其表面失去保护作用，从而造成了腐蚀过程连续发生可能性。反应式以下：,3FeO3NaOH3NaHFeO2,因为NaHFeO2 易溶于水，所以此反应一旦发生，速度较快。,第26页,、碱腐蚀部位,因为碱腐蚀发生前提是有足够高NaOH含量，即使，水中相当氢氧化钠也只有0.5%左右，所以锅炉正常情况下不会出现碱腐蚀。发生碱腐蚀原因是锅炉内部局部地方发生了碱浓缩。比如在焊缝处，此处轻易混夹杂质，金属组织也有一定改变，给NaOH浓缩带来了有利条件；疏松沉积物下面等锅水滞流地方，NaOH也可能浓缩到危险浓度；在一些水平或微倾斜管内发生汽水分层时，将会使管壁上液膜浓缩，使氢氧化钠到达危险浓度。,碱腐蚀普通含有局部性特征，展现小沟槽或不规则溃疡型。,第27页,、控制酸、碱腐蚀方法,锅炉给水调整控制,锅水值控制和调整,锅水碱度控制和调整,锅炉定时作化学清洗，去除金属表面沉积物，可使锅水局部浓缩现象降低。,第28页,锅炉给水调整控制,锅炉给水和回水值过低主要原因是水中含有大量CO2。实践证实，当给水和回水值到达以上时，能使金属表面氧化膜保持良好无损，即可预防管道腐蚀发生。,采取石灰沉淀或H-Na离子交换法处理，可预防大量HCO3-进入锅内，以免分解出较多CO2。,给水或回水系统加氨处理，也能消除CO2 带来腐蚀，反应式以下：,NH3 H2OCO2 NH4HCO3,第29页,锅水值控制和调整,采取锅内加药处理法控制锅水在10-12之间可有效地预防酸、碱腐蚀。锅水值偏低时，可加碳酸钠、磷酸钠、氢氧化钠等碱性药剂；当锅水值偏高时，可加磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、硫酸铵等药剂。,锅水碱度控制和调整,控制和调整锅水碱度目标，主要是为了预防锅炉本体碱腐蚀和苛性脆化。可经过控制相对碱度，投加硝酸盐、磷酸盐等办法来控制好锅水中游离碱。,锅炉定时作化学清洗，去除金属表面沉积物，可使锅水局部浓缩现象降低。,第30页,3.3、铁垢腐蚀及控制,、铁垢腐蚀机理,、铁垢腐蚀形态,、预防铁垢腐蚀办法,第31页,、铁垢腐蚀机理,关于氧化铁垢下面金属腐蚀机理，至今没有一个统一看法。一个意见认为是氧化铁垢参加了电化学腐蚀阴极过程，起着阴极去极化剂作用。而垢下金属，因为结垢使金属过热使其保护膜破坏，成了腐蚀电池阳极。一个意见是锅水在垢下浓缩产生碱腐蚀。还有一个意见是垢下金属因过热而发生汽水腐蚀：,3Fe4H2 OFe3 O4 4H2,也有认为是上述三种过程同时或交替进行而引发腐蚀。,第32页,、铁垢腐蚀形态,局部性贝壳状 垢下腐蚀普通是在向火侧管内形成黑褐色隆起腐蚀疙瘩，呈贝壳状，质地坚硬，有清楚层状，其中也夹杂一些白色物质。贝壳状腐蚀产物与金属之间普通有一层白色或粉状磁性氧化铁。去掉腐蚀产物后，金属面展现出皿状或槽状腐蚀凹坑。,较大面积结垢腐蚀 垢普通呈黑褐色鱼鳞状，垢下金属大部分遭到腐蚀，展现凹凸不平麻坑，有时在局部上也有严重深坑或穿孔，这种垢也较硬，在垢下有时也有一层白色盐质或粉状磁性氧化铁。,第33页,、预防铁垢腐蚀办法,预防给水系统氧腐蚀和酸腐蚀，尽可能减小腐蚀产物进入锅炉。,对于进入锅炉腐蚀产物，采取适当锅内水处理办法。,及时彻底地消除已经形成氧化铁垢。,第34页,