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          鍋爐腐蝕原因分析及預防

          2021-06-30  來自: 江蘇潤利鍋爐有限公司 瀏覽次數:166

          某鍋爐型號為 WNS6 - 1 1 25 Y, 運行 1 年后就發生了爐管腐蝕泄漏。 該鍋爐補給水為一級軟化水,與其他兩臺同型號鍋爐共用一臺熱力除氧器除水中氧氣。運行期間,鍋內加 Na 2 CO 3 作為防垢劑。 鍋爐運行經常晝夜間斷,停爐期間不采取任何停爐保護措施。

          1 檢驗與分析

          1. 1宏觀形貌分析

          割取了腐蝕穿透和已腐蝕未穿透的爐管,并對內部進行了檢查,發現高熱負荷區域的大部分爐管表面和爐膽表面局部腐蝕十分嚴重。爐管、爐膽表面均附著有褐色的沉積物。

          受腐蝕爐管表面有許多大小不等的鼓包, 鼓包外表黃褐色, 次層黑色,沉積物堅硬,附著性較強, 除去腐蝕產物后發現其下有潰瘍狀腐蝕坑,坑點密集,深度為 0 1 1 1 1 5 mm,有的已經穿透。爐膽上表面許多部位有明顯的皿狀腐蝕溝槽和腐蝕跡象,腐蝕坑深達 3 4 mm,腐蝕部位有堅硬的黑褐色的腐蝕產物。

          1. 2 管樣化學成分分析

          結果見表 1.

          1  爐管管樣主要成分 ( 質量分數 ) %

          項目    C    Si     Mn     P    S    Cr    Ni    Cu

          泄漏管樣  0.19   0.20    0.56    0.011  0.007   0.06   0.05   0.14

          20g標準  ≤0.24 0.150.30 0.350.65 ≤0.035 ≤0.035

          質保書   0.20   0.20    0.57    0.014  0.011   0.07   0.05   0.17

            僅硫的結果有一些差別 , 但符合20g的標準。

          1. 3 顯微分析

          對割取的腐蝕部位爐管管樣進行了顯微分析,發現泄漏管軸向截面的金相組織為索氏體+珠光體,具有帶狀趨向,晶粒度 8 9 級,從組織和夾雜物分布認為是正常的。

           

          1. 4 腐蝕產物分析

          從腐蝕產物分析可知,腐蝕產物主要是鐵氧化物。腐蝕產物成分分析結果見表 2.

          2  腐蝕產物成分分析 ( 質量分數 ) %

          部位  缺氧化物  CaO  MgO  SiO2  P2O5  氯化物  酸不溶物  灼燒增率

          爐管   84.3   2.8   3.1   3.7   0.09   1.4    4.3    17.2

          爐膽   76.4   3.1  2.6   4.4  0.31   4.7    5.6     6.2

          1. 5 水質數據分析

          檢查該鍋爐運行水質分析記錄,正常運行情況下,軟化水全部合格,但堿度較高, 118 214 mmol/L。

          爐水堿度一般在1218 mmol/L,Cl-一般在 300 370 mg/L,但在枯水期爐水Cl-很高可達820mg/L. 凝結回水pH值在5.06.1,給水鐵質量濃度在0.31 0.42 mg/L,高于國標規定的標準0.3 mg/L。用便攜式溶解氧測量儀現場測量了除氧器出水氧的質量濃度。發現即使在該鍋爐停用的情況下, 除氧器出水的氧合格率50%。

          在鍋爐壓力下,Na2CO3在鍋爐內的分解率50%,在不考慮鍋外加藥情況下,1mol

          給水堿度(主要是NaHCO 3 ) 就產生 0.8 mol CO20.5 molNaOH,這是導致凝結回水呈酸性和爐水堿度偏高的主要原因。在pH< 7 條件下,金屬表面保護膜會發生溶解產生大量的鐵雜質并帶入鍋爐。

          2 腐蝕機理分析及結論

          2 .1氧腐蝕

          由于除氧器出水溶解氧含量超標,造成含氧的給水進入鍋爐而造成爐管發生氧腐蝕, 使鍋爐內產生了大量的氧腐蝕產物。而又因氧腐蝕產物的形成,加上爐水Cl-質量分數較高,又使 Cl-誘發氧濃差腐蝕。氧腐蝕點成為陽極,周圍成為陰極。這樣只要有氧存在,腐蝕就不斷進行下去,腐蝕產物下爐管就會越腐蝕越深。

          2. 2 Fe2O3誘發腐蝕

          鍋爐內的鐵腐蝕產物的來源主要有3個途徑:一是自身的氧腐蝕產物,一是未排出的停爐腐蝕產物,再就是給水帶入的。從給水系統pH值偏低和給水鐵含量超標可知,凝結水系統CO2酸腐蝕嚴重。這些進入鍋爐內的鐵氧化物中的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

          陽極區:

          Fe Fe2+ + 2e

          二次反應: Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2

          進一步氧化

          4Fe(OH)2 +O2 + 2H2 4Fe(OH) 3

          再轉化

          2Fe(OH)3 + Fe(OH)2 Fe3O4 + 4H2O

          總反應: 2Fe + 2Fe 2 O3·nH2O +O2 Fe3O4 + nH2O

          這樣 , 只要爐內存在 Fe2O3 , 就會使腐蝕反應不斷進行 .

          2.3 介質濃縮堿腐蝕

          從爐膽表面的腐蝕狀況和腐蝕產物分析來看,爐膽的腐蝕與爐管的腐蝕有所不同,爐膽的腐蝕是介質濃縮堿腐蝕為主。這類鍋爐爐膽的熱負荷很高,而且爐水循環不暢,該壓力下給水堿度的一半在鍋爐內分解產生了NaOH,所以沉積的鐵腐蝕下就會由于蒸發而發生濃縮而產生侵蝕性的濃 NaOH,盡管這種濃縮的爐水可能會在又有爐水的滲入而發生稀釋,但是,這種滲入 ———蒸濃 ———再滲入 ———再蒸濃過程一直進行,宏觀、動態地看,沉積物下可一直存在一個高濃度NaOH 的爐水,而且越靠近爐膽處濃度越高。這時鋼鐵表面的保護膜Fe3O4首先和濃NaOH反應,隨后其下的基體金屬鐵也和NaOH反應,產生鐵酸鈉和亞鐵酸鈉。而這兩種物質又可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NaOH,后者又繼續腐蝕金屬,整個過程中NaOH并不消耗。發生這種腐蝕時,檢測爐水的堿度和pH值很難發現局部的高濃度堿,極嚴重情況下沉積物下NaOH的質量分數可達 15 %。

          綜合起來,該鍋爐由于給水中氧不合格和爐水堿度較高引發了系統不同部位的氧腐蝕、CO2酸腐蝕以及堿腐蝕,而鐵腐蝕產物在爐膽表面沉積是引發介質濃縮堿腐蝕的一個主要原因。Fe2O3引起的電化學腐蝕在發生氧腐蝕和堿腐蝕的部位都有可能發生。

          3 采取的措施及建議

          鍋爐在更換損壞的爐管后對鍋爐進行酸洗除垢清除鍋爐內部的鐵銹、焊渣、雜質等。鍋爐運行期間給水添加化學除氧劑催化Na2SO3于軟化水箱中,保證給水溶解氧質量濃度 < 0.1mg/L,控制爐水中SO2-質量濃度在1030mg/L。在保證軟化水硬度合格條件下,給水適當添加NH3調節pH8.5,停止向爐內加 Na2CO3,改為Na2HPO4作阻垢劑,控制爐水PO3-質量濃度在1015mg/L,以降低爐水堿度。同時鍋內添加復合有機絡合劑以除去鍋爐內殘余的鐵雜質。

          同時鍋爐在停用期間,根據情況采取停爐保護措施,短期(13d)不放爐水,維持0.20.3 MPa 蒸汽壓力,帶壓保護。超過3d采用Na2SO3(200300mg/L)+Na3PO4(質量分數為0. 3 % 0.5 %) +NaOH( 質量分數為0.1 %),添加NaOH主要是因為NaOH可在金屬表面形成堿性吸附保護膜。而且重新啟動后應加強對不合格爐水的排放。

          采取上述措施后,爐水堿度控制在8.014mmol/L 范圍,凝結水pH上升到 7.58.0, 給水鐵含量降低到0.080.10mg/L。爐內高熱負荷區掛片表明沒有明顯的局部腐蝕,結垢速率 < 0.3 mm/a。

          對于原水堿度高的情況,也可以采用強弱型離子交換樹脂爐外脫堿軟化,即用強酸離子交換樹脂和弱酸離子交換樹脂組成雙層床,失效后用質量分數為3 % HCl加質量分數為4. 5 % NaCl 組成的混合液作再生劑。

          如果原水水質穩定這種設備比H-Na離子交換系統操作簡單。

          關鍵詞: 鍋爐   腐蝕   原因   預防  

          本公司專業設計、制造電站鍋爐、工業鍋爐、導熱油爐鍋爐和壓力容器等。

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