锅炉设备钢管的低温腐蚀与系统性防护措施

    低温腐蚀

    低温腐蚀是一种发生在金属表面上的电化学反应，与暴露的腐蚀性气体混合物的露点温度相比，低温腐蚀一般发生于较低温度下。

    诸如航空发动机，车辆发动机，船舶用发动机，空气预热器和锅炉省煤器等设备都特别容易受到低温腐蚀影响。此外，在锅炉厂使用的诱导风机偶尔也会遇到这一问题。

    今天，就让我们系统地研究锅炉车间内空气预热器的低温腐蚀问题吧！

    锅炉厂内低温腐蚀问题

    在锅炉设备中，低温腐蚀一般与空气预热器管和冷凝器有关。造成高腐蚀率的因素主要是燃料硫含量，烟气中酸性成分的高露点温度以及用于燃烧的燃料和空气中的含水量等。

    在锅炉空气预热器的较冷金属表面上，烟囱中的冷凝酸颗粒的排放是反复出现低温腐蚀的主要原因。排放中较大的颗粒（100目或更大）一般会附着在靠近堆叠的金属表面。因为这些颗粒本质上是酸性的，所以它们可以引发固体表面上的腐蚀性电化学反应。使用含硫燃料的发动机和锅炉通常都不可避免的会面临这个问题。

    硫与氧气会发生反应并首先转化成二氧化硫（SO2），这可能会进一步导致下一阶段形成三氧化硫（SO3）。氧化反应如下：

    （SO2）+ O2 = 2（SO3）

    由于三氧化硫气体具有高度反应性，因此它易于在低于露点的温度下与水结合并形成硫酸。

    影响酸形成的因素

    三氧化硫的形成速率主要由以下几个因素决定：

    温度范围；

    冷端表面上的催化剂；

    燃烧空气燃料比；

   二氧化硫的浓度；

    冷端表面附近的烟气的停留时间；

    锅炉表面上的氧化铁或钒化合物会起到催化剂的作用并加速硫酸的产生。表面催化作用取决于催化剂所覆盖的区域。通过提高锅炉的清洁度，可以最小化催化剂的腐蚀可能性。冷端表面温度以及烟气中SO3浓度可以被持续监测。烟气中较高的水分百分比增加了酸性气体颗粒的露点，造成酸颗粒冷凝迅速增加。

    与炼厂气或天然气等气体相比，锅炉燃料油的腐蚀可能性较低。这些石油气中的氢气容易与氧气结合，产生热量和水分。导致的结果就是露点自动增加。当烟气温度低于140°F（60°C）时，腐蚀的可能性会显着增加。

    在锅炉使用煤作为燃料的情况下，腐蚀性反应则非常稀少，因为碱性煤灰中和了硫酸颗粒。因为烟气中的酸含量较低，并且烟气中还含有碱性灰分颗粒，所以气体混合物的露点较低。

    锅炉空气预加热器污染问题

    由于热空气管内的低温腐蚀产物的堆积，锅炉房内的空气预热器可能会失效情况。预热器管金属由于与硫酸反应而产生铁的硫酸盐，这将会降低加热管的加热效率以及空气供应所需的流量。高腐蚀率还会导致系统频繁停机，严重影响工厂工作效率和增大维修压力。

    一些最近设计的再生式预热器可确保传热表面温度保持在酸性颗粒的露点以上，具有更耐腐蚀性等优点。它们可以取代现有的恢复型预热器，增加整体工厂经济。较新的设计提供了多个空气预热器，每个预热器都配有内置的吹灰和水洗系统，便于管道清洁。其中任何一个单独的预热器都可以断开维修，而锅炉继续从剩余的预热器获得热空气供应，以实现不间断的蒸汽生成。

    预热器的尺寸、设计以及所采用的金属材质主要由空气预热器冷端的平均温度和空间限制所决定。除了维持和监测冷端温度外，耐腐蚀金属和金属涂层的选择也很重要，这有助于最大限度地减少空气预热器管的低温腐蚀。

    减少锅炉厂内的低温腐蚀

    蒸汽盘管加热器

    在一些锅炉设备中，会在强制通风风机出口和空气预热器入口点之间设置一些额外的空气加热器盘管，以补偿进入的环境空气温度因季节原因而发生的变化。这些温度补偿器被设计成蒸汽盘管空气加热器。它们有助于空气预热器冷端的温度保持稳定，并监测并维持在高于酸颗粒露点的温度之上。无论由于天气条件变化或是其他一些变化而导致的环境温度波动，蒸汽盘管都可以帮助我们保持稳定的燃烧空气温度。

    每当锅炉被改造，从气体燃料（或煤）到使用石油燃烧时，所需的冷端温度与原始设置相比会较高。因此，需要用到额外的蒸汽盘管加热器。这些额外的蒸汽盘管加热器可以通过消除空气中频繁发生的低温腐蚀有效提高蒸汽产量。

    空气入口控制

    当锅炉以大约5％的空气量运行时，三氧化硫的含量会大大降低。另一方面，任何额外的空气渗入到锅炉火焰区都会加速三氧化硫的生成和随之而来的腐蚀。因此，为了尽量减少火焰区域的空气渗透，定期的预防性检查和维护措施都是必不可少的。

    湿度控制

    锅炉烟气中酸性颗粒的露点温度主要由硫酸颗粒的含量以及湿度（水分百分比）决定。烟气中的水分百分比是燃料中的水分百分比、供应到火焰区域的空气中的水分百分比以及由于燃烧所产生的水蒸气百分比三者之和。

    煤炭供应的水分百分比可以通过从源头检测煤炭并遵循适当的处理预防措施以及储存保存系统来有效控制。即使在使用石油燃料油和气体的情况下，合适的储存和处理系统也可以确保水分得到良好的控制。

    造成烟气含水量较高的因素主要有：

    锅炉管或蒸汽盘管预热器中的泄漏和破损；

    过度吹灰导致的损害；

    水洗系统泄漏和喷嘴泄漏等；

    当锅炉同时燃烧多于一种燃料时，露点还受到所用燃料量的比率影响。因此，不同燃料使用量的比例需要非常精确地控制。如果其中某种燃料具有更高的氢气百分比，那么烟气中的水分含量可能会有所增加。

    添加剂处理

    一些化学添加剂已被成功用于防止低温腐蚀以及引起的沉积问题。其中一些可用作冷端表面涂料添加剂，而另一些可以在燃烧期间作为添加剂加入到燃料中。用于冷端的表面添加剂通过热蒸汽产生部件注入到锅炉背面，以使得它们仅在冷端管表面上形成涂层。

    采用化学添加剂

    基于碱性物质如镁或铝镁的化学添加剂可有效中和烟气中存在的硫化合物，例如三氧化硫，从而减少硫酸的形成。钒和铁的催化作用同样会被这些添加剂降低。最终在表面形成的沉积物将具有较高的pH值，因此不会发生腐蚀。这些添加剂通常用于锅炉用的石油基燃料油中。由于镁的反应，硫酸镁会沉积在空气预热器管中，可以使用装有预热器的水冲洗喷嘴对其进行清洁。该反应产物无腐蚀性，因此预热器空气的结垢也会大大减少。一般情况下，注入的镁化合物的量将主要取决于燃料的硫含量。

    用于冷端的表面化学品

    某些表面化学品可以非常有效地控制和防止低温腐蚀。注入并沉积在表面上的化学品包括腐蚀抑制剂和酸性中和剂等。冷端注入的缓蚀剂不会中和三氧化硫。相反，他们会保护表面免受腐蚀性反应。硫酸盐沉积物的产量将会显着降低，从而增强了空气预热器的可用性。

    总结

    一些系统的预防性维护和监测程序可以有效减轻锅炉设备等因低温腐蚀而导致的设备损坏情况。