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1、电厂化学培训目 录第七章 热力系统的金属腐 蚀 第八章 冷却水处理 第九章 蒸汽污染的预防 第十章 电厂水处理实例第七章 热力系统的金属腐蚀第一节 腐蚀基础 第二节 金属电化学腐蚀的基本原理 第三节 热力设备腐蚀的类型和特点 第四节 热力设备的氧腐蚀 第五节 热力设备的酸腐蚀 第六节 停用腐蚀与停用保护第一节 腐蚀基础一、腐蚀的定义由于材料与环境反应而引起材料的破坏或变质；或指除 了单纯机械破坏以外的材料的各种破坏；甚或为材料与环境 之间的有害反应。上述定义中的材料为金属时，即为金属腐蚀。金属腐蚀的过程是发生在金属与介质界面上的复杂多相 反应，因此破坏总是从金属表面逐渐向内部深入。表现为： 一
2、般发生外貌变化（溃疡斑、小孔、表面有腐蚀产物或金属 材料变薄等）；机械性能、组织结构也发生变化，如变脆、 强度降低，其中某种元素的含量发生变化或金属组织结构发 生相变等。二、金属腐蚀环境一般指材料所处的介质、温度和压力等。几乎所有的介质都有一定的腐蚀性。金属材料不同，介 质的状态不同、成分不同、浓度不同，腐蚀的程度也各不相 同。一般温度和压力的升高会使腐蚀加剧。介质的流速也是 影响腐蚀的重要因素。热力设备的腐蚀应分析热力设备腐蚀的特点，了解腐蚀 产生的条件，找出腐蚀产生的原因，掌握腐蚀的防止办法三、金属腐蚀的分类1、按腐蚀机理（反应特点）分为电化学腐蚀和化学腐蚀。 锅炉在水侧的腐蚀属于前者；烟
3、气侧温度在露点以上的腐蚀 属于后者。2、按腐蚀形态分为均匀腐蚀和不均匀或局部腐蚀。金属表 面几乎全面遭受腐蚀的称为均匀腐蚀；只有一部分遭受腐蚀 的称不均匀腐蚀或局部腐蚀。局部腐蚀又可分为小孔腐蚀、 晶间腐蚀、缝隙腐蚀等等。3、按腐蚀的温度划分为低温腐蚀和高温腐蚀。4、按腐蚀介质的状态划分为干腐蚀和湿腐蚀。5、按介质的种类划分为大气腐蚀、土壤腐蚀和海水腐蚀。各种腐蚀分类之间有一定联系，如干腐蚀一般为化学腐 蚀，湿腐蚀一般为电化学腐蚀。金属在高温下氧化引起的腐 蚀属于化学腐蚀。四、金属的腐蚀速度 金属腐蚀的速度代表单位时间内金属的腐蚀程度，通常 是用平均腐蚀速度来表示，简称为腐蚀速度。 (1) 按
4、质量的减少表示。这种方法常用来比较各种介质的侵 蚀性。(2) 按腐蚀深度表示。为了表示腐蚀的危害性，用腐蚀深度 来评定腐蚀速度更为适当，通常用毫米年来表示。第二节 金属电化学腐蚀的基本原理在金属遭到破坏的过程中，伴有电流产生的腐蚀称为电化学腐蚀。金属在水溶液中或在潮湿空气中的腐蚀，属于电化学腐蚀。如在电厂，原水、补给水、给水、锅炉水、冷却水以及与湿蒸汽接触的设备所遭受的腐蚀等。一、电极与电极电位将一块金属插入电解质溶液中时所构成的体系，称为电 极。电厂中所有与水相接触的热力设备均可看作电极。金属是以金属晶体的形式存在的，金属的原子和金属的 阳离子构成晶体的晶格结点，自由电子在其间的孔隙中作无
5、规则运动。通过静电引力使各晶格结点紧密联系起来，也使 各晶格结点在金属原子和金属离子之间不断相互转化。当金属与水溶液接触时，由于极性水分子的水合作用， 使金属阳离子脱离其表面形成水合离子溶入水溶液中，反应 如下： Fe+nH2O=Fe2+nH2O+2e由于金属阳离子脱离金属表面，而自由电子仍留在金属 上，因此金属带负电，水溶液带正电。通过静电引力，溶液 中的过剩阳离子紧紧靠近金属表面，与金属上的多余负电荷 形成双电层。随着金属的不断溶解，金属中的负电荷越来越 多，其对于金属阳离子的束缚作用越来越强，金属的溶解速 度逐渐降低。另一方面，水溶液中的金属阳离子可以摆脱水 分子的水合作用而返回到金属的
6、表面发生沉积，同样随着金 属的不断溶解，这种沉积的趋势将越来越强，即金属离子的 沉积速度逐渐增大。当金属与溶液之间发生的溶解和沉积的 速度相等时，则电极反应达到动态平衡：此时，双电层中正 负电荷的数量相对稳定，溶液中的过剩离子数量亦稳定。二、 腐蚀电池当电极过程达到平衡时，金属与溶液间形成的双电层亦处于 一种动态平衡，它将阻碍金属继续溶解。若将金属上的自由电子 引出则平衡将被破坏，金属将继续溶解。不同电极的电极电位不同，如果将两个不同电极连接起来， 形成闭合回路即组成原电池。如由铜电极与锌电极组成的铜一锌 原电池。由于铜电极的电极电位高于锌电极的电极电位，即铜的 溶解能力弱于锌，故锌电极上有更
7、多的剩余自由电子，这些自由 电子在两电极间的电位差的作用下，通过导线到达铜电极，在外 电路形成电流。此时铜电极上的自由电子过剩，溶液中的铜离子 沉积到铜电极板上中和过剩的自由电子，而在锌电极上，由于自 由电子数量减少，平衡被破坏，锌将继续溶解。该过程一直持续 到锌极板完全溶解为止，这种能将化学能转变为电能的装置称为 原电池。金属与水溶液接触时，由于各种原因，金属内部的不同 部分产生不同的电极电位而组成原电池。这是金属发生电化学腐 蚀的根本原因，这种原电池称为腐蚀电池。金属各部位形成不同电位的原因很多，如金属中含有杂 质又处于介质(潮湿空气、水或电解质溶液)中时，金属晶粒 与晶界之间的能量差别，
8、金属加工时所产生的变形和内应力 不同而造成的金属的物理不均匀性，金属所接触的溶液组成 和浓度的差异，金属表面的温度不同等。实际上，腐蚀电池 是由于各种原因在金属的某些部分形成的许多肉眼看不见的 小型微原电池。在原电池中，失去电子的金属电极上发生氧 化反应，该金属溶解(即腐蚀)，此电极称为阳极(如锌电极)， 另一个得到电子发生还原反应的电极称为阴极(如铜电极)。金属的电化学腐蚀是由腐蚀电池作用引起的，其腐蚀速度 决定于此腐蚀电池所产生电流的大小，据此可估算出腐蚀速度 。在腐蚀电池中，金属本体就是它的外电路。因为当电池形成 闭合回路后，即使时间很短，其两极的电位差也会比原先的数 值小得多，因此实际
9、上腐蚀速度要远小于估算值。这是这种电 位差比起始值减小的现象称为极化。当电池接通后，阴极电位 变低(称为阴极极化)，阳极电位变高(称为阳极极化)，从而导 致阴极和阳极的电位差变小，使腐蚀速度大幅度降低。通常，在腐蚀电池中阳极极化的程度不大，只有当阳极上 因氧化产物的积累使金属表面状态发生了变化，产生了所谓钝 态的情况下，才显示出显著的极化。而在阴极部分，假使接受 电子的物质不能迅速地扩散，或者阴极反应产物不能很快被排 走，则由于金属传送电子的速度很快，由阳极传送过来的电子 就会堆积起来，产生阴极极化。由此可见，在发生电化学腐蚀的情况下，溶液中必定有易 于接受电子的物质，这些物质在阴极上接受电子
10、，消除阴极的 极化，使腐蚀速度加快。这种消除或减小电极极化的作用称为 去极化。起去极化作用的物质称为去极化剂。例如，当水中有 溶解氧(O2)时，水中溶解氧将会消耗阴极上的自由电子起去极 化作用：O2+2H2O+4e = 4OH这种水中溶解氧充当去极化剂发生的金属腐蚀过程称为吸 氧腐蚀（氧的去极化腐蚀）。当水溶液的pH值较低时，水中H+ 浓度大，此时H+就是去极化剂，它的去极化作用为：2H+2e = H2这种氢离子充当去极化剂，发生的金属腐蚀过程称为析氢 腐蚀（氢的去极化腐蚀）。 第三节 热力设备腐蚀的类型和特点热力设备在运行中或停用时，各种腐蚀性成分会对设备 产生严重的腐蚀。根据运行实践，国内
11、外火电厂和核电站的 各种热力设备，比如火电厂的锅炉、核电站的蒸汽发生器、 汽轮机、凝汽器、加热器、给水泵、水处理设备以及各种水 、汽管道，均发生过比较严重的腐蚀。热力设备的腐蚀形态 也比较多，例如点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀破裂、腐蚀疲 劳、氢脆、选择性腐蚀、电偶腐蚀以及磨损腐蚀等。目前，大容量、高参数的机组大量投产，300MW 的机 组已成为火电厂的主力机组。随着炉外水处理技术的发展， 锅炉结垢和汽机积盐问题已得到有效控制，腐蚀已成为突出 的问题。1、氧腐蚀热力设备运行和停用时，都可能发生氧腐蚀。运行氧腐 蚀在水温较高的条件下发生，停用氧腐蚀在低温下发生。两 者本质上是相同的，但腐蚀产物的特点
12、有区别。氧腐蚀是热 力设备常见的一种腐蚀形式。2、酸腐蚀热力设备和管道可能与酸接触，产生析氢腐蚀。例如， 水处理设备、给水系统、凝结水系统和汽轮机低压缸的隔板 、隔板套等部位都可能和酸性介质接触，产生析氢腐蚀。水 处理设备可能和盐酸接触，例如氢离子交换器再生时就和盐 酸接触，产生腐蚀。给水系统和凝结水系统因为游离CO2 的 溶解，使水的pH 值低于7，产生析氢腐蚀，就也是通常所说 的二氧化碳腐蚀。3、应力腐蚀包括应力腐蚀破裂和腐蚀疲劳。无论是锅炉还是汽轮机，都会产生应力腐蚀 。比如锅炉的苛性脆化、锅炉汽包、过热器、再热器、高压除氧器、主蒸汽管道 、给水管道的应力腐蚀、汽轮机叶片的应力腐蚀破裂、
13、汽轮机叶轮的应力腐蚀破 裂和凝汽器铜管的应力腐蚀破裂等。4、锅炉的介质浓缩腐蚀主要是炉水蒸发浓缩产生浓碱或浓酸时出现的，尤其是当凝汽器漏泄，漏入 碱性水或海水时，情况更明显。腐蚀主要发生在水冷壁管，它是锅炉特有的一种 腐蚀形态。5、亚硝酸盐腐蚀炉水亚硝酸盐会在水冷壁管产生腐蚀。因为亚硝酸盐在锅内受高温作用会 分解产生新生态氧，这种新生态氧和水冷壁管内表面发生反应，产生Fe2O3，使 水冷壁管腐蚀。由于亚硝酸盐腐蚀的本质是氧和钢发生反应，因此，它的特征和 氧腐蚀相似，都出现点蚀坑，腐蚀产物是铁的氧化物。但亚硝酸盐腐蚀的产物一 般是高价氧化铁，呈红棕色，而且它的部位只限于水冷壁管，这些和设备运行时
14、 发生的氧腐蚀是不同的。6、汽水腐蚀当过热蒸汽温度超过450时，蒸汽会和碳钢发生反应生成铁的氧化 物，发生化学腐蚀，使管壁变薄。汽水腐蚀常常在过热器中出现，同时 ，在水平或倾斜度很小炉管内部，由于水循环不良，出现汽塞或汽水分 层时，蒸汽也会过热，出现汽水腐蚀。7、核电站蒸汽发生器凹陷（denting）管子的凹陷是目前对压水反应堆蒸汽发生器危害最严重的问题。它 是水中氯离子所形成的酸性环境对碳钢支撑板腐蚀的结果，发生在管板 同管子交接处，腐蚀产物是磁性氧化铁。8、电偶腐蚀锅炉化学清洗时，如果控制不当，可能在炉管表面产生铜的沉积， 即“镀铜”。由于镀铜部分电位正，其余部分电位负，形成腐蚀电池，产
15、生电偶腐蚀。核电站蒸汽发生器，在管子表面有铜沉积，铜镀到管子上 以后，组成电偶电池，产生腐蚀。9、铜管选择性腐蚀凝汽器铜管的水侧常常发生选择性腐蚀，对于黄铜管就是脱锌腐蚀。腐蚀的 结果，在铜管表面形成白色的腐蚀产物锌化合物，在腐蚀产物下部有紫铜。铜 管严重腐蚀后，机械性能显著下降，会引起穿孔甚至破裂。10、磨损腐蚀给水泵、汽轮机和凝汽器铜管都可能发生磨损腐蚀。例如，当锅炉补给水为 除盐水或全部为凝结水时，高压给水泵易发生冲击腐蚀，腐蚀主要发生在铸铁和 铸铜部件的水泵上，如水泵叶轮、导叶等。在凝汽器铜管的入口端，由于水的湍 流作用，易产生冲击腐蚀。11、锅炉烟侧的高温腐蚀这主要指锅炉水冷壁管、过
16、热器管及再热器管外表面发生的腐蚀。水冷壁管 烟侧高温原因是硫化物或硫酸盐的作用。过热器和再热器烟侧高温腐蚀是由于积 有Na3Fe(SO4)3和K3Fe(SO4)3 造成的。对于燃油锅炉，过热器和再热器的烟侧 将产生钒腐蚀。12、锅炉尾部的低温腐蚀它是锅炉尾部受热面（空气预热器和省煤器）烟气侧的腐蚀。低温腐蚀是由 于烟气中的SO3 和烟气中的水分发生反应生成H2SO4 造成的。此外，还有凝汽 器铜管水侧发生的微生物腐蚀、点蚀、汽侧的氨腐蚀，以及汽轮机润滑油系统发 生的锈蚀等。第四节 热力设备的氧腐蚀一、氧腐蚀概况氧腐蚀不仅直接造成热力设备的损坏，降低设备的使用 寿命，而且氧腐蚀产物随给水进入锅炉，将在受热面沉积， 引起锅炉的其他腐蚀破坏，造成更严重的后果。火电厂热力设备的氧腐蚀有运行氧腐蚀和停用氧腐蚀两 大类。运行氧腐蚀条件通常是：水中溶氧含量较低、温度较高 、水为流动状态、pH 较高；停用氧腐蚀一般是在高含氧量、常温、静态和pH 接近7 的条件下发生。二、运行氧腐蚀的特征和机理1、腐蚀的部位 通常发生在给水管道、省煤器、补给水管道 、疏水系
