2-锅炉给水水化学-氧腐蚀与除氧课件.ppt
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- 锅炉 给水 水化学 腐蚀 课件
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1、第二章第二章 锅炉给水水化学锅炉给水水化学马双忱1给水系统常见腐蚀类型给水系统常见腐蚀类型 热力设备金属腐蚀类型有各种不同的分类方法。例如将汽包炉的金属腐蚀分为五种类型,即:酸介质的电化学腐蚀;溶氧引起的腐蚀(氧以不同的方式接触裸露的金属表面或垢层下的金属表面);在炉水中形成电偶,其中包括磁性氧化铁保护膜破坏时形成电偶所引起的电流腐蚀;腐蚀疲劳和腐蚀开裂;生物化学腐蚀锅炉机组保养不善和停、备用锅炉炉水中存在铁细菌引起的腐蚀。2另外一种更细致的分类是:p脱气的非碱性水中腐蚀;p热水流引起的原电池腐蚀;p金属在无机酸和氯化镁作用下的腐蚀损坏;p腐殖酸等进入锅炉引起的腐蚀;p氧腐蚀;p由于油脂进入锅
2、炉引起的腐蚀;p晶间脆化;p应力腐蚀;p蒸汽热分解引起的腐蚀等。3 此外,还有将工作介质和机械应力综合作用所引起的腐蚀分为两种,并与锅炉启动和停炉过程联系起来的腐蚀类型: “疲劳腐蚀开裂”在锅炉启动时由于拉伸应力和除氧的炉水共同作用引起的腐蚀; “应力诱发的腐蚀”在停炉时发生的应力和富氧的炉水共同作用引起的腐蚀。 具有足够高的机械应力,使金属表面上的磁性氧化铁保护膜受到局部破坏,是发生这两种腐蚀的先决条件。4给水水化学调节的重要性 给水系统水化学对整个电厂可靠性是非常重要的。在给水系统产生的腐蚀产物,沿着整个水汽系统传递,并最终沉降在水汽循环系统的各个设备内; 比如腐蚀产物氧化铁会进入锅内,沉
3、积或附着在锅炉管壁和受热面上,形成难溶而且传热不良的铁垢,而且腐蚀会造成管道内壁出现点蚀坑,阻力系数增大。管道腐蚀严重时,甚至会发生管道爆炸事故。 可见给水系统水化学不良形成了大多数主要故障机制的引发中心。5给水系统氧的腐蚀与防护61. 运行设备氧腐蚀特征和机理运行设备氧腐蚀特征和机理(Characteristic and Mechanism of Oxidation Corrosion of Running Equipment)2、运行设备氧腐蚀的影响因素、运行设备氧腐蚀的影响因素(Influence Factors of Oxidation Corrosion of Running Equ
4、ipment) 3.运行设备氧腐蚀的防止运行设备氧腐蚀的防止(Prevention of Oxidation Corrosion of Running Equipment) 氧腐蚀的内容7氧腐蚀简介氧腐蚀简介氧腐蚀是热力设备常见的一种腐蚀氧腐蚀是热力设备常见的一种腐蚀。蒸发量大于等于6t/h的蒸汽锅炉和水温大于等于95的热水锅炉都必须除氧。热热力设备在安力设备在安装、运行和停用期间都可能发生氧腐蚀。其中以装、运行和停用期间都可能发生氧腐蚀。其中以锅炉在运行和停锅炉在运行和停用期间的氧腐蚀最严重用期间的氧腐蚀最严重。在锅炉给水处理工艺过程中,除氧是一个非常关键的一个环节。氧是给水系统和锅炉的主要
5、腐蚀性物质,给水中的氧应当迅速得到清除。氧氧腐蚀不仅使设备损坏,而且氧腐蚀产物随给水进入锅腐蚀不仅使设备损坏,而且氧腐蚀产物随给水进入锅炉,会在受热面沉积,引起锅炉的其他腐蚀损坏,造成更严重后炉,会在受热面沉积,引起锅炉的其他腐蚀损坏,造成更严重后果果。正正常运行情况下,锅炉不会发生氧腐蚀,但在下列情况下则会产常运行情况下,锅炉不会发生氧腐蚀,但在下列情况下则会产生:生: (1)除氧器运行不正常,给水氧超标。)除氧器运行不正常,给水氧超标。 (2)锅炉在停用期间由于没有做好停用保护,而遭受氧腐蚀。)锅炉在停用期间由于没有做好停用保护,而遭受氧腐蚀。8遭受腐蚀的电厂设备9 腐蚀部位腐蚀部位(Co
6、rrosion Position) 锅炉运行时,氧腐蚀通常发生在补给水管道、给水管道、省煤器、锅炉运行时,氧腐蚀通常发生在补给水管道、给水管道、省煤器、疏水系统的管道和设备。凝结水系统遭受氧腐蚀较轻,但也不能忽视。疏水系统的管道和设备。凝结水系统遭受氧腐蚀较轻,但也不能忽视。 腐蚀特征腐蚀特征(Corrosion Characteristic) 当钢铁受到溶氧腐蚀时,常常在其表面形成许多小鼓疱,直径为当钢铁受到溶氧腐蚀时,常常在其表面形成许多小鼓疱,直径为120mm不等,这种腐蚀特征为不等,这种腐蚀特征为溃疡腐蚀溃疡腐蚀。清除腐蚀产物后,可看到。清除腐蚀产物后,可看到小蚀孔。小蚀孔。 铁的腐蚀
7、产物:铁的腐蚀产物: Fe(OH)2 , FeO, Fe3O4 , -FeOOH(羟基氧化铁)(羟基氧化铁), 白白 黑黑 黑黑 黄黄 -FeOOH , -FeOOH , -Fe2O3 , -Fe2O3 。 淡褐淡褐 橙橙 褐褐 由砖红至黑由砖红至黑 氧腐蚀的部位和特征氧腐蚀的部位和特征10氧的腐蚀坑点蚀,腐蚀坑点蚀,腐蚀坑11 Oxygen pitting of a boiler feedwater pipe.锅炉给水管的点蚀12 氧腐蚀机理氧腐蚀机理(Mechanism of Oxidation Corrosion) 阳极:阳极:FeFe2+2e 阴极:阴极:O2+2H2O+4e 4OH-
8、 Fe2+和和OH-在水中会发生次生反应,生成次生产物:在水中会发生次生反应,生成次生产物: Fe2+2OH-Fe(OH)2 Fe(OH)2+2H2O + O2 4 Fe(OH)3 Fe(OH)2+2Fe(OH)3Fe3O4+4H2O 腐蚀产物覆盖坑口,形成腐蚀产物覆盖坑口,形成闭塞电池闭塞电池,氧很难扩散进入坑内。,氧很难扩散进入坑内。 坑内坑内Fe2+水解:水解:Fe2+ H2OFe(OH)2+H+,使溶液使溶液pH减小,相当于减小,相当于钢铁处于活化溶解状态,加速钢铁处于活化溶解状态,加速Fe的溶解,并使的溶解,并使蚀坑扩展蚀坑扩展。O2在蚀坑周在蚀坑周围还原,而蚀坑周围成为阴极保护区。
9、围还原,而蚀坑周围成为阴极保护区。 1314 氧腐蚀的一个表现是隙缝腐蚀,由于限制水流进入到隙缝,隙缝内氧的补充很慢,所以隙缝内氧的浓度相对于隙缝外侧偏低。两个邻近的区域建立了一个浓差电池,电子从氧浓度低的区域流向氧浓度高的区域。u氧化反应发生在隙缝内侧,Fe被腐蚀;u隙缝内的Fe2+水解:Fe2+ H2OFe(OH)2+H+,使溶液pH减小,相当于钢铁处于活化溶解状态,加速Fe的溶解,并使蚀坑扩展。u还原反应发生在隙缝外侧。金属离子通过扩散离开隙缝,更多的金属溶解,腐蚀进程持续,这导致在隙缝内侧形成点蚀。15隙缝点蚀的主要过程隙缝点蚀的主要过程16Fe+O2O2O2Metal : IronO
10、xygen cannot reach the metal under the deposit, which creates an anodic area(阳极区).The cathodic reaction(阴极反应) is taking place where oxygen can reach the metal.e-e-e-OH-OH-Local oxygen corrosion局部氧腐蚀局部氧腐蚀17 一般情况下,碳钢和低合金钢在中性和弱碱性水中的氧腐蚀速率可表示为:cFDicorr4iCORR,-表示氧腐蚀速度的氧腐蚀电流密度,A/cm2;D-氧在水中的扩散系数, cm2/s;c-水中
11、溶解氧浓度,mol/cm3;-扩散层厚度,cm18 (1)溶氧浓度)溶氧浓度(Concentration of Dissolving Oxygen) 水中溶解氧对水中碳钢的腐蚀具有双重作用双重作用,它既可以导致钢铁的腐蚀,又可以使碳钢发生钝化,其所起的作用与水的纯度、溶解氧浓度、pH值、水流速等有关。但水质较差时(氢电导率0.3S/cm),O2是一种去极化剂,会引起金属的腐蚀。溶解氧的浓度越大,金属腐蚀越严重。但在高纯水中(氢电导率9时,腐蚀速度减小,这是因为在碱性溶液中,金属表面形成保护膜。故应使给水pH9,但考虑热力系统中的低压加热器和凝汽器使用铜合金,Cu的腐蚀随pH增加而增加,故一般给
12、水保持pH=8.59.2范围。20pH对暴露到含氧水中铁腐蚀速率的影响对暴露到含氧水中铁腐蚀速率的影响21 (3)水温)水温(Water Temperature) 密闭系统中,溶氧浓度一定时,水温升高腐蚀速度加快。密闭系统中,溶氧浓度一定时,水温升高腐蚀速度加快。 为何敞开系统温度升高到一定程度腐蚀速率下降?为何敞开系统温度升高到一定程度腐蚀速率下降? 22 氧的溶解度氧的溶解度(mg/L,ppm) 与温度与温度()变化曲线变化曲线in air-saturated water at 1 atm 23 (4)水中离子)水中离子(Ion in Water) 水中含有不同离子对腐蚀速度影响差别较大。
13、有的离子水中含有不同离子对腐蚀速度影响差别较大。有的离子加速腐蚀,如加速腐蚀,如H+、Cl-、SO42-,主要是,主要是Cl-,它很容易被金属表,它很容易被金属表面的氧化膜吸附,膜中的面的氧化膜吸附,膜中的O2-很易被很易被Cl-取代,形成可溶性氯取代,形成可溶性氯化物,使氧化膜遭到破坏,继而腐蚀金属表面化物,使氧化膜遭到破坏,继而腐蚀金属表面。有的离子。有的离子起钝化作用,如水中起钝化作用,如水中OH-不太大时,有利于金属表面保护膜不太大时,有利于金属表面保护膜的形成。的形成。 判断水中共存离子对腐蚀是起何作用,应进行综合分析。判断水中共存离子对腐蚀是起何作用,应进行综合分析。例如当水中例如
14、当水中Cl-、SO42-、OH-共存时,若共存时,若OH-/(Cl-+SO42-)比值)比值大,则对腐蚀起抑制作用,否则起加速作用。大,则对腐蚀起抑制作用,否则起加速作用。24水电导率与铁含量的关系曲线水电导率与铁含量的关系曲线25 电站常用除氧方法电站常用除氧方法26 热力除氧原理热力除氧原理 由亨利定律,任何气体在水中的由亨利定律,任何气体在水中的溶解度与该气体在汽水分界面上溶解度与该气体在汽水分界面上的分压成正比。的分压成正比。 C = k P 当液面上不凝结气体的分压力一直维持零值,该气体就会在不平衡压力差P的作用下,自水中离析出来。而且要及时将液面上的气体排出,使液面上不凝结气体的分
15、压力近似为零。27 由道尔顿定律,混合气体的全压力等于各组成气体的分压力之和,除氧塔空间的总压力P等于水中所溶解各种气体在水面上不凝结气体的分压力 Pi与水面上蒸汽分压力Ps之和,即: P=PiPs 在除氧器中,将水加热至工作压力下的饱和温度,水逐渐蒸发,水表面的蒸汽压力逐渐增大,近似等于总压力,其它气体的分压力近于或等于零,就可能让水中的各种气体完全析出,所以除氧器也称为除气器(deaerator)。 Dissolved carbon dioxide is essentially completely removed by the deaerator. 。 28 Solubility of
16、Oxygen vs. TemperatureAt 60F(15.5 ) and atmospheric pressure, the solubility of oxygen in water is approximately 8 ppm. Efficient mechanical deaeration reduces dissolved oxygen to 7 ppb or less (F=1.8+32)表压真空度2930压力关系图压力关系图 根据Fick第一扩散定律: dm/dx, 表示水中溶解氧扩散到无氧气体中速度; D, 表示氧的扩散系数; A, 表示水与无氧气体接触的面积; dc/dx
17、, 表示氧的浓度梯度; 负号表示氧从高浓度向低浓度扩散; 由Fick第一扩散定律可知,要提高除氧速度dm/dt,必须增加接触面积A, 要把水变成水小珠, 要充分雾化(这就增加了热力除氧, 真空除氧, 解吸除氧的动力消耗); 增加氧的浓度梯度dc/dx, 也可加快除氧速度, 这就必须迅速除去进入无氧气体中的氧,使无氧气体中氧浓度尽量低; 温度上升,扩散系数D增加,除氧速度dm/dt提高。 dxdcDA -dtdm31除氧器设计要点水应加热至沸;解吸出的气体排出要通畅;送入的补给水量应稳定;并列运行的各台除氧器负荷应均匀。32 热力除氧热力除氧器器 常用常用除氧器为除氧器为淋水盘卧式除氧器淋水盘卧
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