發(fā)布時間:2020-06-19
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水冷壁管氫腐蝕的原因
造成水冷壁管氫腐蝕的原因是多方面的,歸納起來主要有以下幾個方面:
一、蒸汽腐蝕
鍋爐運行時,火焰中心調(diào)整不當,使水冷壁管某些部位的熱負荷過高。爆管均發(fā)生在爐膛熱負荷較高區(qū)域水冷壁管子的向火側,說明熱負荷對腐蝕有影響。爐內(nèi)火焰偏斜、熱負荷分布不均,局部熱負荷變化幅度較大,造成局部管壁金屬溫度波動和超溫,破壞了水冷壁管內(nèi)表面鈍化膜的連續(xù)性,而鈍化膜遭到破壞地方,具有很高的腐蝕活性。所以在水冷壁的向火側,高負荷區(qū)容易發(fā)生氫腐蝕。由于局部受熱面熱負荷偏高,當受熱面管子管壁金屬溫度大于400℃,管內(nèi)產(chǎn)生汽水分層或蒸汽停滯時,就可能發(fā)生蒸汽腐蝕,反應式為:3Fe+4 H2O→Fe3O4+8[H]
正常情況下,管子的內(nèi)表面覆蓋一層致密的保護膜,反應生成的氫被循環(huán)的爐水帶走,不會滲入鋼中。而當運行工況出現(xiàn)異常時,情況就會發(fā)生變化。如果產(chǎn)生的氫原子不能很快被蒸汽帶走,就會在較高的溫度作用下通過晶格和晶界向水冷壁向火側鋼內(nèi)擴散,并與鋼中的滲碳體、游離碳發(fā)生反應,造成氫腐蝕。發(fā)生的化學反應如下:
氫分子與鋼中滲碳體發(fā)生反應:2H2+Fe3C→3Fe+CH4氫分子與鋼中游離碳發(fā)生反應:2H2+C→CH4氫原子與鋼中游離碳發(fā)生反應:4[H]+C→CH4
上述所有反應均生成甲烷CH4,致使沿晶界生成晶間裂紋,進而產(chǎn)生微裂紋,使應力集中明顯增加;如果有積垢的存在使導熱性變差,引起管壁局部溫度劇增,又加速了腐蝕的進程。如此反復進行,形成惡性循環(huán),微裂紋逐漸連成網(wǎng)狀,鋼的強度、韌性急劇下降,無法承受運行的工作應力,終將導致水冷壁管沿晶開裂。
二、堿性腐蝕
腐蝕過程如下:首先,pH值過高的爐水中產(chǎn)生游離的氫氧化鈉,在受熱面的附著垢物下發(fā)生濃縮,可達很高的濃度,使爐管表面的保護膜溶解,這部分鋼與爐水中的游離氫氧化鈉反應生成氫和亞鐵酸鈉,后者水解為四氧化三鐵和氫。
當腐蝕產(chǎn)物達到一定厚度時,氫向水中擴散的能力減弱,便開始向金屬內(nèi)部滲透,進而產(chǎn)生氫腐蝕。
化學反應為:3Fe+6NaOH→3Na2FeO2+6[H] 3Na2FeO2+4 H2O→Fe3O4+6 NaOH+2[H]
反應初期的腐蝕產(chǎn)物并不是很多,但一旦形成腐蝕產(chǎn)物,因其熱阻較大,必將導致腐蝕產(chǎn)物下局部金屬基體的溫度升高和鹽類濃縮,兩者互相促進,使腐蝕加劇,溫度更高。在腐蝕過程中形成的氫起初會被水流帶走,當腐蝕產(chǎn)物達到一定厚度時,氫向水中擴散的能力減弱,便開始向金屬內(nèi)部滲透,進而產(chǎn)生氫腐蝕。
由于堿性腐蝕生成的四氧化三鐵為水解產(chǎn)物,故與金屬基體結合不好,具體表現(xiàn)為分層,且有氣孔;而通過蒸汽腐蝕生成的四氧化三鐵與基體結合較為致密。
三、酸性腐蝕
水質(zhì)不良,或化學控制系統(tǒng)局部失靈等,使酸性鹽類進入水系統(tǒng);另外,停爐化學清洗時帶進雜質(zhì)、清洗不當,也會導致腐蝕發(fā)生。
當pH值過低時,會產(chǎn)生酸性腐蝕,破壞管內(nèi)壁的保護膜。具有腐蝕性的爐水可以直接與金屬基體發(fā)生如下的反應:Fe+2H+→Fe2++2H