鍋爐設備鋼管的低溫腐蝕與系統性防護措施

    低溫腐蝕

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

    諸如航空發動機，車輛發動機，船舶用發動機，空氣預熱器和鍋爐省煤器等設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風機偶爾也會遇到這一問題。

    今天，就讓我們系統地研究鍋爐車間內空氣預熱器的低溫腐蝕問題吧！

    鍋爐廠內低溫腐蝕問題

    在鍋爐設備中，低溫腐蝕一般與空氣預熱器管和冷凝器有關。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出現低溫腐蝕的主要原因。排放中較大的顆粒（100目或更大）一般會附著在靠近堆疊的金屬表面。因為這些顆粒本質上是酸性的，所以它們可以引發固體表面上的腐蝕性電化學反應。使用含硫燃料的發動機和鍋爐通常都不可避免的會面臨這個問題。

    硫與氧氣會發生反應并首先轉化成二氧化硫（SO2），這可能會進一步導致下一階段形成三氧化硫（SO3）。氧化反應如下：

    （SO2）+ O2 = 2（SO3）

    由于三氧化硫氣體具有高度反應性，因此它易于在低于露點的溫度下與水結合并形成硫酸。

    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間；

    鍋爐表面上的氧化鐵或釩化合物會起到催化劑的作用并加速硫酸的產生。表面催化作用取決于催化劑所覆蓋的區域。通過提高鍋爐的清潔度，可以最小化催化劑的腐蝕可能性。冷端表面溫度以及煙氣中SO3濃度可以被持續監測。煙氣中較高的水分百分比增加了酸性氣體顆粒的露點，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合，產生熱量和水分。導致的結果就是露點自動增加。當煙氣溫度低于140°F（60°C）時，腐蝕的可能性會顯著增加。

    在鍋爐使用煤作為燃料的情況下，腐蝕性反應則非常稀少，因為堿性煤灰中和了硫酸顆粒。因為煙氣中的酸含量較低，并且煙氣中還含有堿性灰分顆粒，所以氣體混合物的露點較低。

    鍋爐空氣預加熱器污染問題

    由于熱空氣管內的低溫腐蝕產物的堆積，鍋爐房內的空氣預熱器可能會失效情況。預熱器管金屬由于與硫酸反應而產生鐵的硫酸鹽，這將會降低加熱管的加熱效率以及空氣供應所需的流量。高腐蝕率還會導致系統頻繁停機，嚴重影響工廠工作效率和增大維修壓力。

    一些最近設計的再生式預熱器可確保傳熱表面溫度保持在酸性顆粒的露點以上，具有更耐腐蝕性等優點。它們可以取代現有的恢復型預熱器，增加整體工廠經濟。較新的設計提供了多個空氣預熱器，每個預熱器都配有內置的吹灰和水洗系統，便于管道清潔。其中任何一個單獨的預熱器都可以斷開維修，而鍋爐繼續從剩余的預熱器獲得熱空氣供應，以實現不間斷的蒸汽生成。

    預熱器的尺寸、設計以及所采用的金屬材質主要由空氣預熱器冷端的平均溫度和空間限制所決定。除了維持和監測冷端溫度外，耐腐蝕金屬和金屬涂層的選擇也很重要，這有助于最大限度地減少空氣預熱器管的低溫腐蝕。

    減少鍋爐廠內的低溫腐蝕

    蒸汽盤管加熱器

    在一些鍋爐設備中，會在強制通風風機出口和空氣預熱器入口點之間設置一些額外的空氣加熱器盤管，以補償進入的環境空氣溫度因季節原因而發生的變化。這些溫度補償器被設計成蒸汽盤管空氣加熱器。它們有助于空氣預熱器冷端的溫度保持穩定，并監測并維持在高于酸顆粒露點的溫度之上。無論由于天氣條件變化或是其他一些變化而導致的環境溫度波動，蒸汽盤管都可以幫助我們保持穩定的燃燒空氣溫度。

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

    空氣入口控制

    當鍋爐以大約5％的空氣量運行時，三氧化硫的含量會大大降低。另一方面，任何額外的空氣滲入到鍋爐火焰區都會加速三氧化硫的生成和隨之而來的腐蝕。因此，為了盡量減少火焰區域的空氣滲透，定期的預防性檢查和維護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、供應到火焰區域的空氣中的水分百分比以及由于燃燒所產生的水蒸氣百分比三者之和。

    煤炭供應的水分百分比可以通過從源頭檢測煤炭并遵循適當的處理預防措施以及儲存保存系統來有效控制。即使在使用石油燃料油和氣體的情況下，合適的儲存和處理系統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：

    鍋爐管或蒸汽盤管預熱器中的泄漏和破損；

    過度吹灰導致的損害；

    水洗系統泄漏和噴嘴泄漏等；

    當鍋爐同時燃燒多于一種燃料時，露點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精確地控制。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有所增加。

    添加劑處理

    一些化學添加劑已被成功用于防止低溫腐蝕以及引起的沉積問題。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熱蒸汽產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。

    采用化學添加劑

    基于堿性物質如鎂或鋁鎂的化學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被這些添加劑降低。最終在表面形成的沉積物將具有較高的pH值，因此不會發生腐蝕。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，硫酸鎂會沉積在空氣預熱器管中，可以使用裝有預熱器的水沖洗噴嘴對其進行清潔。該反應產物無腐蝕性，因此預熱器空氣的結垢也會大大減少。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品

    某些表面化學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中和三氧化硫。相反，他們會保護表面免受腐蝕性反應。硫酸鹽沉積物的產量將會顯著降低，從而增強了空氣預熱器的可用性。

    總結

    一些系統的預防性維護和監測程序可以有效減輕鍋爐設備等因低溫腐蝕而導致的設備損壞情況。