燃油燃气锅炉尾部灰斗腐蚀机理及解决方案_工程实践

摘要

摘要：介绍了燃油燃气锅炉尾部灰斗的腐蚀机理。结合工程实例，分析了锅炉尾部灰斗腐蚀成因，提出了提高灰斗抗腐蚀性能的解决方案，经验证采取的方法有效。关键词：锅炉；灰斗；腐蚀机理；抗

摘要：介绍了燃油燃气锅炉尾部灰斗的腐蚀机理。结合工程实例，分析了锅炉尾部灰斗腐蚀成因，提出了提高灰斗抗腐蚀性能的解决方案，经验证采取的方法有效。

关键词：锅炉；灰斗；腐蚀机理；抗腐蚀

Corrosion Mechanism and Protection Measures of Ash Bucket at Tail of oil and Gas-fired Boiler

BAI Tinghe，XU Wenhao，YANG Xiaolin，GAO Fan

Abstract：The corrosion mechanism of ash bucket at tail of oil and gas-fired boiler is introduced. Combined with an engineering example，the reasons for corrosion of the ash bucket are analyzed，and the protection measures for improving the anti-corrosion performance of the ash bucket are proposed.The verification shows that the measures adopted are effective.

Key words：boiler；ash bucket；corrosion mechanism；anti-corrosion

1 概述

锅炉燃用的燃料大部分能够按照设计要求选用，但随着世界能源开采量的减少，传统意义上的优质能源供应量日趋萎缩，而原来使用量很小的劣质、高腐蚀性、高污染性的原料逐渐大规模使用。这些原料的使用势必引起锅炉运行工况发生非常大的变化，如果各锅炉使用企业不针对这些变化采取相应的防护措施，结果会大大降低锅炉部件的使用寿命，缩短锅炉整体的使用寿命^[1]。本文对燃油燃气锅炉尾部灰斗腐蚀机理及解决方案进行分析。

2 锅炉尾部灰斗的腐蚀机理

目前炼油化工企业所使用的原油组成发生了非常大的变化，特别是随着越来越多高含硫原油的加工。炼油加工的附属产品——工业干气在炼油化工企业中一般都作为燃油燃气锅炉的燃料，这样就造成了工业干气中含硫量的增加，势必导致以工业干气为主要燃料的燃油燃气锅炉尾部部件——灰斗的严重腐蚀失效。因此针对燃油燃气锅炉，为保证其运行的可靠性以及部件的运行寿命，如何从锅炉尾部的防腐设计上进行改造完善，提高重点腐蚀部位的抗腐蚀性能以及防腐材料的耐温性能成为一项非常迫切的技术工作。

导致燃油燃气锅炉尾部腐蚀加剧的主要因素为：①由于燃料中含硫量的增加，在燃烧过程中所产生的硫化物增加，即S0₂含量增大，导致烟气巾的 S0₂与水蒸气形成的硫酸蒸气也增加，当烟气温度降至露点时，就会凝结从而产生非常严重的腐蚀。②烟气中含有的硫酸蒸气对过热器和省煤器具有一定的腐蚀作用^[2]，由于硫酸盐穴的自催化作用，加速了过热器和省煤器的腐蚀速率，易造成过热器和省煤器的爆管，造成大量过热蒸汽和饱和水窜入烟气之中最终聚集到锅炉尾部的灰斗处，形成硫酸溶液对灰斗造成严重的损坏。由于泄漏的蒸汽和水温度比较高，对灰斗内壁耐温性能差的防腐层也有一定的破坏作用。

3 实例分析

某炼油化工企业燃油燃气锅炉是20世纪70年代制造投用的设备，按照当时燃料的性质，灰斗材料为20号钢，灰斗内壁采用一般防腐漆，外壁用绝热材料覆盖以确保烟气温度不至于过快降至露点。对于锅炉燃烧产生的烟气，一般来说其中所含的灰渣是比较干燥的。当烟气经过过热器、省煤器、空气预热器到达灰斗处时，由于灰斗流通断面的突然扩大而在此处沉积下来。正常情况下，干燥的灰渣不易产生腐蚀，但由于炼油化工企业的燃油燃气锅炉所使用的燃料主要是工业干气，即炼油化工装置产生的附属产品及一些杂质，其成分非常复杂，燃料在燃烧过程中会产生大量的水蒸气和S0₂，烟气在排出的过程中随着温度降低，很容易形成硫酸溶液，同时不易充分燃烧的组分与硫酸溶液混合形成黏度很大的黏稠性灰渣而不是干燥的灰渣。当这些黏稠性灰渣随烟气流到锅炉尾部时就会在这些部位的金属表面附着，这样非常容易产生垢下腐蚀等电化学腐蚀(见图1)。采用常规防腐措施的灰斗使用寿命仅为2～3个月，由于灰斗腐蚀穿孔造成引风机输送烟气的能力大大降低而使锅炉炉膛负压不容易维持，从而严重影响了锅炉的安全、长时间平稳运行^[3]。

通过对锅炉灰斗钢板腐蚀断面的金相组织分析(见图2)，腐蚀发生的机理主要是腐蚀介质对钢板的点蚀和冲蚀，由于点蚀和冲蚀的共同作用，使金属表面的保护层剥离，腐蚀介质与金属直接接触而发生腐蚀，含有颗粒等杂质的高温、高速烟气连续不断地直接冲击金属表面又进一步造成锅炉灰斗金属表面的冲蚀，因此锅炉灰斗在非常短的运行时间内就出现了穿孔失效的情况^[4]。

由燃料气的分析化验结果可知，H₂S的质量分数为1.2818%。在燃烧过程中通过化学反应能够生成S0₃组分的只有H₂S，燃烧过程的化学方程式为：

H₂S+20₂=S0₃+H₂0

通过对燃油燃气锅炉的灰渣成分进行分析可知，腐蚀性介质为硫酸。由此可知，燃油燃气锅炉的腐蚀基本上是硫酸腐蚀造成的。

通过对灰斗腐蚀情况的分析研究，为确保灰斗防腐蚀的效果，防腐涂料必须具有良好的耐磨性能、抗含有粉尘的高温气流冲刷性能、良好的物理机械性能，并具有较高的附着力、较高温度下耐酸、碱、盐等热溶液腐蚀性能和耐常温条件下各类油品和化学品腐蚀等性能^[5]。

4 防腐涂料的性能研究

通过实验室试验筛选开发的氟碳树脂耐磨重防腐涂料具有上述性能。主要组成以特种环氧树脂、氟碳树脂、固化剂、改性剂为主要成膜物，加入各种耐腐蚀颜填料、助剂等双组分涂料。由于环氧树脂具有环氧基和羟基而提供树脂良好的粘结性能，双酸A结构可以提供树脂良好的耐热性和刚性，醚键可以提供树脂良好的柔韧性和耐化学药品性能。氟碳树脂通过化学接枝而成的双组分改性涂料具有良好的耐磨、耐冲蚀以及良好的物理机械性能和强附着力，耐酸、碱、盐等热溶液腐蚀性也比较优良。

采用实验室模拟锅炉灰斗腐蚀环境，对氟碳树脂耐磨重防腐涂料的性能进行检验，检验项目及依据见表1，涂料的技术指标完全达到了灰斗防腐蚀的要求。采用氟碳树脂耐磨重防腐涂料，对该燃油燃气锅炉灰斗在2007年2月进行改造，到目前为止经过3年锅炉运行状况平稳，未出现灰斗腐蚀穿孔失效的情况。通过内部检查，防腐层状况良好，没有剥离开裂的情况出现，满足了防腐蚀要求。

表1 检验项目及依据

序号	检验项目	检验依据
1	耐盐水性(23℃±2℃，质量分数3%的NaCl溶液)14d	GB/T 9274—1988，甲法
1	耐盐水性(95℃±2℃，质量分数3%的NaCl溶液)7d	GB/T 9274—1988，甲法
2	耐碱性(23℃±2℃，质量分数30%的NaOH溶液)14d	GB/T 9265—1988，甲法
2	耐碱性(95℃±2℃，质量分数30%的NaOH溶液)7d	GB/T 9265—1988，甲法
3	耐酸性(23℃±2℃，质量分数10%的H₂S0₄溶液)14d	GB/T 9274—1988，甲法
3	耐酸性(95℃±2℃，质量分数10%的H₂S0₄溶液)7d	GB/T 9274—1988，甲法
4	耐水性(23℃±2℃，水)14d	GB/T 1733一1993，甲法
4	耐水性(95℃±2℃，水)7d	GB/T 1733 1993，甲法
5	耐汽油性(23%±2℃，90号汽油)14d	GB/T 9274—1988，甲法
6	耐磨性	GB/T 1768—2006

5 技术经济性分析

① 采用氟碳树脂耐磨重防腐涂料，在满足现有燃料性质的条件下，灰斗使用寿命从原来的2～3个月提高到3年以上，基本上满足了炼油化工企业燃油燃气锅炉长时间平稳运行的要求。

② 采用通常的防腐漆进行防腐处理，一个灰斗的制造安装费用为8.3×10⁴元。而采用氟碳树脂耐磨重防腐涂料进行防腐处理，一个灰斗的制造安装费用为15.6×10⁴元。采用通常的防腐漆灰斗的使用寿命按2个月计算，采用氟碳树脂耐磨重防腐涂料灰斗的使用寿命按1年计算，1年内可节省34.2×10⁴元。因此，在目前燃料性质比较恶劣的情况下，在燃油燃气锅炉的尾部灰斗通过采用氟碳树脂耐磨重防腐涂料，可以产生非常显著的经济效益。

参考文献：

[1] 徐通模，金定安，温龙.锅炉燃烧设备[M].西安：西安交通大学出版社，1990：1-40.

[2] 化学工业部化工机械研究院.腐蚀与防护手册[M].北京：化学工业出版社，1991：1-30.

[3] 赵钦新，惠世恩.燃油燃气锅炉[M].西安：西安交通大学出版社，2000：2-27.

[4] 秦国治，丁良棉，田志明.管道防腐蚀技术[M].北京：化学工业出版社，2003：1-14.

[5] 吴望周.化工设备断裂失效分析基础[M].南京：东南大学出版社，1991：184-210.

(本文作者：白庭河^1、2 徐文豪² 杨晓霖² 高凡³ 1.兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州 730050；2.兰州石化公司动力厂甘肃兰州 730060；3.中石油第二建设公司甘肃兰州 730060)