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燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉腐蚀泄漏的缓解与预防措施

摘要：针对燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉腐蚀泄漏问题，从低压系统FAC腐蚀、蒸汽质量不良和水系统循环不良等3个方面，结合实际案例对泄漏原因进行分析，并提出缓解与预防措施。

引言

燃气-蒸汽联合循环机组因其具有高效低耗、建设周期短、对环境污染小等优势而被广泛推广和使用。但是在燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉的运行和使用中，会因为各种原因出现腐蚀泄漏问题，导致机组停机，不仅会使供电质量下降，还会给发电企业带来了巨大的经济损失。基于此，为保证燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉的安全稳定运行，分析余热锅炉腐蚀泄漏的主要原因，并提出缓解与预防措施。

1低压系统FAC腐蚀减薄导致泄漏

FAC（FlowAcceleratedCorrosion，流动加速腐蚀）现象主要发生在运行温度为120~180℃的区域，该温度区域Fe3O4的溶解度最大，在介质水流的不断冲击冲刷下，该区域形成的Fe3O4保护膜极易溶解和脱落，并在水流的作用下，Fe2+等被溶解物质的浓度降低，并且当水流的流速达到一定程度时，已经处于疏松状态的Fe3O4保护膜会随时被冲蚀，导致低压系统设备中需要被保护的金属直接暴露于水中，打破了原有氧化生成Fe3O4保护膜反应的平衡，反应的平衡被打破，进而向着金属水解方向迅速进行[1]。对于燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉，其低压系统的运行温度处于120~180℃，因此在省煤器、蒸发器上部的出口弯头处、汽包内被水流长时间冲击处等区域极易发生FAC，导致金属失去保护膜而暴露出来，进而造成金属材料不断变薄直至发生泄漏。

由FAC现象引起的腐蚀减薄泄漏的案例较多，例如某厂低压省煤器出口管出现减薄泄漏问题，导致停工维修，泄漏的主要部位是省煤器中水流转向处，因水流的转向冲击导致FAC；又例如某厂出现低压汽包设备中的导水隔板变薄，进而出现断裂，最后引发锅炉泄漏问题，也是由于FAC导致导水隔板的强度下降，进而影响了蒸汽的质量。

1.1原因分析

FAC的发生存在两个过程，一是腐蚀过程，本质为化学反应过程；二是流动加速腐蚀的过程，本质为物理过程。其中，化学过程为腐蚀发生的主要因素，但是由于物理过程的存在，导致腐蚀的发生机制产生了一定变化。经研究得出，影响FAC发生的主要因素包括温度、pH值、含氧量、材料的耐蚀性以及流速。

1.1.1温度

FAC产生的原因是Fe3O4受到温度条件的影响，导致溶解度变化引起的，加上工质水流的冲刷，致使金属材料不断被侵蚀变薄，最后被工质穿透，导致泄漏。因此，当工质处于静止状态时，在排除了工质水冲刷的影响和条件下，腐蚀发生的速率与Fe3O4在工质中的溶解度存在一定的关系，且溶解度与工质温度有关（表1）。当工质温度处于较低水平时，Fe3O4的溶解度相对较小，此时腐蚀发生的速率较低，当工质温度升高时，Fe3O4的溶解度不断上升，此时腐蚀速率不断增加，当温度达到150℃时，Fe3O4的溶解度最大，腐蚀速率也最高，当温度超过150℃时，Fe3O4的溶解度下降，但是由于工质的氧化能量提升，逐渐地将Fe2+氧化，将Fe2+转变为Fe2O3，由于Fe2O3质地紧密、难溶于水的特性，抑制了腐蚀现象，此时腐蚀速率随着温度的不断升高而逐渐回落。

1.1.2pH值

腐蚀速率与pH值的高低有着直接关系（表2）。随着pH值的不断升高，金属的相对腐蚀速率在不断下降，但是并不是pH值越高越好，当pH过高时，此时处于强碱性环境，若设备管道存在水垢的情况下，极易发生垢下碱浓缩现象进而导致腐蚀。

1.1.3含氧量

FAC是一种发生在ORP（oxidation-reductionpotential，氧化还原电位）低于0的、还原性环境下的腐蚀现象。而工质水的含氧量越低则ORP越低，从而导致工质水减弱了将Fe2+氧化成膜的能力，并降低了使氧化膜处于活性状态的能力，氧化膜的减少和活性减弱会使相对腐蚀速率变大（表3）。

1.1.4材料的耐蚀性

锅炉材料的等级与金属材料中稀有金属如Mo、Cr的含量有关，其含量越高，材料的等级越高，进而降低FAC的能力越强，FAC的腐蚀速率越低（表4），但是材料的耐蚀性无法彻底消除FAC的影响，仅能降低材料更换的频率，提高管道的使用年限。

1.1.5工质流速

工质的流速对于FAC的影响程度最高，当工质的流速越高，钝化保护膜生成的环境越恶劣，金属材料表面形成钝化保护膜的难度也就越高，在失去保护膜的情况下，金属表面晶粒更易被工质冲刷，尤其在工质流向转变处，此处的冲刷力度最大，FAC现象也就最明显（表5）。

1.2缓解与预防措施

（1）提高给水的pH值。缓解与预防FAC最直接、最简单的方式就是通过添加碱性物质