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相關(guān)資訊:低溫腐蝕與系統(tǒng)性防護(hù)措施——鍋爐設(shè)備篇

 

    低溫腐蝕

    低溫腐蝕是一種發(fā)生在金屬表面上的電化學(xué)反應(yīng)，與暴露的腐蝕性氣體混合物的露點(diǎn)溫度相比，低溫腐蝕一般發(fā)生于較低溫度下。

    諸如航空發(fā)動(dòng)機(jī)，車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)，船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)，空氣預(yù)熱器和鍋爐省煤器等設(shè)備都特別容易受到低溫腐蝕影響。此外，在鍋爐廠使用的誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)偶爾也會(huì)遇到這一問(wèn)題。

    今天，就讓我們系統(tǒng)地研究鍋爐車(chē)間內(nèi)空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕問(wèn)題吧！

    鍋爐廠內(nèi)低溫腐蝕問(wèn)題

    在鍋爐設(shè)備中，低溫腐蝕一般與空氣預(yù)熱器管和冷凝器有關(guān)。造成高腐蝕率的因素主要是燃料硫含量，煙氣中酸性成分的高露點(diǎn)溫度以及用于燃燒的燃料和空氣中的含水量等。

    在鍋爐空氣預(yù)熱器的較冷金屬表面上，煙囪中的冷凝酸顆粒的排放是反復(fù)出現(xiàn)低溫腐蝕的主要原因。排放中較大的顆粒（100目或更大）一般會(huì)附著在靠近堆疊的金屬表面。因?yàn)檫@些顆粒本質(zhì)上是酸性的，所以它們可以引發(fā)固體表面上的腐蝕性電化學(xué)反應(yīng)。使用含硫燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)和鍋爐通常都不可避免的會(huì)面臨這個(gè)問(wèn)題。

    硫與氧氣會(huì)發(fā)生反應(yīng)并首先轉(zhuǎn)化成二氧化硫（SO2），這可能會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致下一階段形成三氧化硫（SO3）。氧化反應(yīng)如下：

    （SO2）+ O2 = 2（SO3）

    由于三氧化硫氣體具有高度反應(yīng)性，因此它易于在低于露點(diǎn)的溫度下與水結(jié)合并形成硫酸。

 

    影響酸形成的因素

    三氧化硫的形成速率主要由以下幾個(gè)因素決定：

    溫度范圍；

    冷端表面上的催化劑；

    燃燒空氣燃料比；

   二氧化硫的濃度；

    冷端表面附近的煙氣的停留時(shí)間；

    鍋爐表面上的氧化鐵或釩化合物會(huì)起到催化劑的作用并加速硫酸的產(chǎn)生。表面催化作用取決于催化劑所覆蓋的區(qū)域。通過(guò)提高鍋爐的清潔度，可以小化催化劑的腐蝕可能性。冷端表面溫度以及煙氣中SO3濃度可以被持續(xù)監(jiān)測(cè)。煙氣中較高的水分百分比增加了酸性氣體顆粒的露點(diǎn)，造成酸顆粒冷凝迅速增加。

    與煉廠氣或天然氣等氣體相比，鍋爐燃料油的腐蝕可能性較低。這些石油氣中的氫氣容易與氧氣結(jié)合，產(chǎn)生熱量和水分。導(dǎo)致的結(jié)果就是露點(diǎn)自動(dòng)增加。當(dāng)煙氣溫度低于140°F（60°C）時(shí)，腐蝕的可能性會(huì)顯著增加。

    在鍋爐使用煤作為燃料的情況下，腐蝕性反應(yīng)則非常稀少，因?yàn)閴A性煤灰中和了硫酸顆粒。因?yàn)闊煔庵械乃岷枯^低，并且煙氣中還含有堿性灰分顆粒，所以氣體混合物的露點(diǎn)較低。

    鍋爐空氣預(yù)加熱器污染問(wèn)題

    由于熱空氣管內(nèi)的低溫腐蝕產(chǎn)物的堆積，鍋爐房?jī)?nèi)的空氣預(yù)熱器可能會(huì)失效情況。預(yù)熱器管金屬由于與硫酸反應(yīng)而產(chǎn)生鐵的硫酸鹽，這將會(huì)降低加熱管的加熱效率以及空氣供應(yīng)所需的流量。高腐蝕率還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)頻繁停機(jī)，嚴(yán)重影響工廠工作效率和增大維修壓力。

    一些近設(shè)計(jì)的再生式預(yù)熱器可確保傳熱表面溫度保持在酸性顆粒的露點(diǎn)以上，具有更耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)。它們可以取代現(xiàn)有的恢復(fù)型預(yù)熱器，增加整體工廠經(jīng)濟(jì)。較新的設(shè)計(jì)提供了多個(gè)空氣預(yù)熱器，每個(gè)預(yù)熱器都配有內(nèi)置的吹灰和水洗系統(tǒng)，便于管道清潔。其中任何一個(gè)單獨(dú)的預(yù)熱器都可以斷開(kāi)維修，而鍋爐繼續(xù)從剩余的預(yù)熱器獲得熱空氣供應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)不間斷的蒸汽生成。

    預(yù)熱器的尺寸、設(shè)計(jì)以及所采用的金屬材質(zhì)主要由空氣預(yù)熱器冷端的平均溫度和空間限制所決定。除了維持和監(jiān)測(cè)冷端溫度外，耐腐蝕金屬和金屬涂層的選擇也很重要，這有助于限度地減少空氣預(yù)熱器管的低溫腐蝕。

    減少鍋爐廠內(nèi)的低溫腐蝕

    蒸汽盤(pán)管加熱器

    在一些鍋爐設(shè)備中，會(huì)在強(qiáng)制通風(fēng)風(fēng)機(jī)出口和空氣預(yù)熱器入口點(diǎn)之間設(shè)置一些額外的空氣加熱器盤(pán)管，以補(bǔ)償進(jìn)入的環(huán)境空氣溫度因季節(jié)原因而發(fā)生的變化。這些溫度補(bǔ)償器被設(shè)計(jì)成蒸汽盤(pán)管空氣加熱器。它們有助于空氣預(yù)熱器冷端的溫度保持穩(wěn)定，并監(jiān)測(cè)并維持在高于酸顆粒露點(diǎn)的溫度之上。無(wú)論由于天氣條件變化或是其他一些變化而導(dǎo)致的環(huán)境溫度波動(dòng)，蒸汽盤(pán)管都可以幫助我們保持穩(wěn)定的燃燒空氣溫度。

    每當(dāng)鍋爐被改造，從氣體燃料（或煤）到使用石油燃燒時(shí)，所需的冷端溫度與原始設(shè)置相比會(huì)較高。因此，需要用到額外的蒸汽盤(pán)管加熱器。這些額外的蒸汽盤(pán)管加熱器可以通過(guò)消除空氣中頻繁發(fā)生的低溫腐蝕有效提高蒸汽產(chǎn)量。

    空氣入口控制

    當(dāng)鍋爐以大約5％的空氣量運(yùn)行時(shí)，三氧化硫的含量會(huì)大大降低。另一方面，任何額外的空氣滲入到鍋爐火焰區(qū)都會(huì)加速三氧化硫的生成和隨之而來(lái)的腐蝕。因此，為了盡量減少火焰區(qū)域的空氣滲透，定期的預(yù)防性檢查和維護(hù)措施都是必不可少的。

    濕度控制

    鍋爐煙氣中酸性顆粒的露點(diǎn)溫度主要由硫酸顆粒的含量以及濕度（水分百分比）決定。煙氣中的水分百分比是燃料中的水分百分比、供應(yīng)到火焰區(qū)域的空氣中的水分百分比以及由于燃燒所產(chǎn)生的水蒸氣百分比三者之和。

    煤炭供應(yīng)的水分百分比可以通過(guò)從源頭檢測(cè)煤炭并遵循適當(dāng)?shù)奶幚眍A(yù)防措施以及儲(chǔ)存保存系統(tǒng)來(lái)有效控制。即使在使用石油燃料油和氣體的情況下，合適的儲(chǔ)存和處理系統(tǒng)也可以確保水分得到良好的控制。

    造成煙氣含水量較高的因素主要有：

    鍋爐管或蒸汽盤(pán)管預(yù)熱器中的泄漏和破損；

    過(guò)度吹灰導(dǎo)致的損害；

    水洗系統(tǒng)泄漏和噴嘴泄漏等；

    當(dāng)鍋爐同時(shí)燃燒多于一種燃料時(shí)，露點(diǎn)還受到所用燃料量的比率影響。因此，不同燃料使用量的比例需要非常地控制。如果其中某種燃料具有更高的氫氣百分比，那么煙氣中的水分含量可能會(huì)有所增加。

    添加劑處理

    一些化學(xué)添加劑已被成功用于防止低溫腐蝕以及引起的沉積問(wèn)題。其中一些可用作冷端表面涂料添加劑，而另一些可以在燃燒期間作為添加劑加入到燃料中。用于冷端的表面添加劑通過(guò)熱蒸汽產(chǎn)生部件注入到鍋爐背面，以使得它們僅在冷端管表面上形成涂層。

    采用化學(xué)添加劑

    基于堿性物質(zhì)如鎂或鋁鎂的化學(xué)添加劑可有效中和煙氣中存在的硫化合物，例如三氧化硫，從而減少硫酸的形成。釩和鐵的催化作用同樣會(huì)被這些添加劑降低。在表面形成的沉積物將具有較高的pH值，因此不會(huì)發(fā)生腐蝕。這些添加劑通常用于鍋爐用的石油基燃料油中。由于鎂的反應(yīng)，硫酸鎂會(huì)沉積在空氣預(yù)熱器管中，可以使用裝有預(yù)熱器的水沖洗噴嘴對(duì)其進(jìn)行清潔。該反應(yīng)產(chǎn)物無(wú)腐蝕性，因此預(yù)熱器空氣的結(jié)垢也會(huì)大大減少。一般情況下，注入的鎂化合物的量將主要取決于燃料的硫含量。

    用于冷端的表面化學(xué)品

    某些表面化學(xué)品可以非常有效地控制和防止低溫腐蝕。注入并沉積在表面上的化學(xué)品包括腐蝕抑制劑和酸性中和劑等。冷端注入的緩蝕劑不會(huì)中和三氧化硫。相反，他們會(huì)保護(hù)表面免受腐蝕性反應(yīng)。硫酸鹽沉積物的產(chǎn)量將會(huì)顯著降低，從而增強(qiáng)了空氣預(yù)熱器的可用性。

    總結(jié)

    一些系統(tǒng)的預(yù)防性維護(hù)和監(jiān)測(cè)程序可以有效減輕鍋爐設(shè)備等因低溫腐蝕而導(dǎo)致的設(shè)備損壞情況。

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