浅谈WNS型锅炉烟管水侧氧腐蚀的成因与预防措施

浅谈WNS型锅炉烟管水侧氧腐蚀的成因与预防措施

沈哲毅   陆伟   俞森亢

舟山市特种设备检测研究院   浙江舟山 316200

摘要：WNS型锅炉的烟管水侧氧腐蚀问题一直影响着锅炉的安全运行。本文通过一起烟管水侧氧腐蚀案例，分析了失效原因:因其未装除氧设施，致使锅炉给水含有大量的氧气，再加上热负荷造成短时过热，加快了氧腐蚀速率;垢下腐蚀是氧腐蚀穿孔的促进因素;短期停炉期间锅炉上水后未尽量去除水中空气。针对以上了个原因，提出了加装除氧装置、定期除垢、选择正确方法停炉保养的改良措施。

关键词：WNS型锅炉；烟管氧腐蚀；水质处理

引言

目前WNS型锅炉是舟山地区工业用锅炉的最主要形式，该锅炉使用中烟管水侧的腐蚀是最常见的问题之一。本文通过一起烟管水侧腐蚀案例，分析其腐蚀产生的成因机理，并探讨预防措施和解决方法，以最大限度降低烟管的腐蚀程度及腐蚀速率，保证锅炉的安全运行。

1 WNS型锅炉烟管水侧氧腐蚀问题的发现

随着社会的发展和浙江省对环保要求的提高，舟山市现有的工业锅炉基本以燃油、燃气WNS型锅炉为主。相对于燃煤、燃生物质锅炉，该型锅炉有节能环保、热效率高、体积小的特点[1]。但是在其运行中，烟管水侧的氧腐蚀是锅炉最常见的损伤模式之一。而根据WNS锅炉可能产生的主要失效模式分类，见表1，锅炉因为腐蚀造成的爆管事故占了较大部分。其中烟管水侧氧腐蚀比较常见，有些烟管上有水垢覆盖后，氧腐蚀情况更不容易发现和确定，尤其是局部的烟管因氧腐蚀穿孔后，给锅炉的安全运行埋下了隐患。本文针对此问题，查找其形成的原因，并探讨解决方法。

表1 WNS锅炉可能产生的主要失效模式分类

2WNS型锅炉检验案例分析

2.1水侧氧腐蚀减薄案例

   该锅炉为一工厂生产用蒸汽锅炉，型号为WNS3-1.25-Q，燃料为天然气,蒸发量为3t，使用压力为1.2MPa，2020年投用至今水质检测一直符合GB/T1576-2018《工业锅炉水质》的要求，硬度和 pH 值与碱度没有问题，但从未检测水中含氧量，软化水设备为钠离子交换器，软化树脂定期更新。管理无问题，定期排污,设备投用接近4年。烟管为51x3mm的无缝钢管，材质为20#钢，制造标准为GB3087-2008《低中压锅炉用无缝钢管》。第一次内部检验主要发现的问题是烟管水侧存在点腐蚀，普遍深度约0.3-0.5mm，并水垢约0.2mm。本次内部检验发现其面对回燃室前管板，右侧上数第3排左数第1根烟管，距回燃室后管板管端约40cm处有1个氧腐蚀穿孔，造成了烟管泄漏[2]。

2.2腐蚀产物分析

    对穿孔处的产物取小样进行分析，对照GB/T34355-2017《蒸汽跟热水锅炉化学清规则》附录G见表2，然后进行垢样的成分对照分析。

表 2 结垢物类型的鉴别

根据结垢物产物颜色有棕褐色，常温下,在稀盐酸中溶解缓慢,溶液呈黄绿色可知，其中铁氧化物至少包括Fe2O3和Fe3O4。

3腐蚀机理分析

该台锅炉并未安装除氧装置，所以，相比有除氧的给水，该单位锅炉给水中含有较多的溶解氧，这也给锅炉烟管的氧腐蚀创造了条件。

3.1原理

铁受水中溶解氧腐蚀是一种电化学腐蚀，铁为阳极，被腐蚀;氧作为去极化剂发生还原反应[3]。铁受到水中溶解氧腐蚀时，会在其表面形成众多小鼓包，直径为1~20mm 不等，这种腐蚀呈现溃疡腐蚀。由于氧腐蚀产物由不同化合物组成，鼓包表面的颜色也是由黄褐色到砖红色不等，下层是黑色粉末状物体。当把这些腐蚀物清除后，便会发现由腐蚀造成的凹坑。而氧腐蚀的推动力就是氧的浓度差，即腐蚀坑内外形成的浓度差电池。

此烟管由于热负荷增加，溶解氧浓度增加，扰动和冲刷加剧，使溶解氧扩散系数急剧增大，同时扩散层厚度随之减小，最后的结果就是氧腐蚀的速度急剧加速,促使原有的点状氧腐蚀坑迅速扩展,发生穿孔。

3.2垢下腐蚀是腐蚀穿孔的促进因素

根据GB/T30579-2022《承压设备损伤模式识别》由于炉水中的钙化合物的溶解度随着温度升高而降低，从炉水中析出后在烟管表面形成硬垢，同时氧去极化腐蚀使烟管中的铁成为铁锈附着在管壁上，在烟管表面形成混合垢层，由于水垢与碳素钢热胀冷缩系数不一样，所以在热负荷波动和水流速不稳定时,垢层与管子外壁之间很容易存在缝隙,难以形成致密保护膜。同时因水垢的导热性差，会使烟管温度升高，在水垢下的锅水会发生急剧蒸浓作用。

4预防措施

4.1加装除氧装置

对于有条件的使用单位，应加装除氧装置，同时加强对给水的含氧量的检测，最大限度地减少给水的含氧量，避免氧气的腐蚀。

4.2避免热负荷过高 

应避免过高的热负荷，从而降低水中裹挟氧的含量和氧化速度，避免氧腐蚀穿孔的发生[4]。

4.3保证水处理装置的正常运行

锅炉水处理工作的中心任务就是防止或减缓锅炉结垢、腐蚀及积盐等不良现象发生切。水化人员不能疏忽大意，应定时检测，时刻保证给水的质量合格。即便是一次不合格，就可能使锅内结大量的水垢，后果严重，后期处理也很麻烦。

结语

WNS型锅炉烟管水侧氧腐蚀是影响锅炉运行安全性和经济性的重要因素。通过深入分析氧腐蚀的成因，并采取相应的预防措施，如加装除氧设备、水质处理、停炉保养等，可以有效减少或避免氧腐蚀的发生。这不仅有助于延长锅炉的使用寿命，还能提高锅炉的运行效率，降低运行成本。对于保障锅炉安全、稳定运行具有重要意义。

参考文献

[1]GB/T1576-2018《工业锅炉水质》

[2]邵松伟,豆永飞.一起WNS型供暖锅炉氧腐蚀案例的原因分析及对策研究[J].青海科技, 2023, 30(4):180-183.

[3] 贾丙丽,蒋楠楠,范方辉,等.一起管壳式余热锅炉烟管泄漏原因分析[J].工业锅炉, 2023(4):48-51.