知识点：过热器
1 概述
干熄焦锅炉作为余热锅炉的一种从干熄焦装置国产化至今已经有十几年的历史，目前国内已投产运行的干熄焦锅炉有几百套之多，随着干熄焦锅炉投产台数的逐年增多，干熄焦锅炉过热器出现腐蚀甚至爆管的案例也呈上升趋势，直接对干熄焦锅炉的安全、长期稳定运行构成威胁，严重影响焦化厂乃至整个铁前系统的生产运行，造成较大损失。本文结合国内某钢铁公司焦化厂的干熄焦装置在投产 2 年多的时间内多次爆管事故，从干熄焦锅炉过热器的腐蚀部位、腐蚀机理及生产运行等几方面进行分析，查找腐蚀原因，探讨防护措施。
2 干熄焦锅炉过热器管腐蚀原因分析及防护措施
干熄焦锅炉过热器由一级过热器和二级过热器两部分组成，两级过热器管束用Φ38mm×4mm的锅炉用钢管组成，材质为 12Cr1MoVG。其中二级过热器从右至左第 41 管排，从上至下第 2 根过热器管发生爆管，见图 1、图 2。
从图一可以看出，爆口附近其余管段外表面迎风侧存在不同程度的腐蚀，且腐蚀较为集中，管
外壁有明显的凹坑，并且发现有一个管壁出现腐蚀孔洞。
从图二可以看出，爆口张开较宽，呈椭圆状，边缘为薄刀刃状，爆口侧管壁表面附着可脱落的
腐蚀产物，管内壁表面无明显氧化皮，说明锅炉给水除氧效果较好，基本排除管子内壁电化学腐蚀
的可能。
从图一及图二均可看出，管子未见明显的胀粗或鼓包，说明不是短期过热所致。相反，管子具
有长期过热爆管的特征，如胀粗不严重，爆口不大，断面粗糙等。
宏观分析结果表明腐蚀符合高温腐蚀的特点：局部深陷的溃疡性腐蚀
[1]
。
对爆口附近的其他表面腐蚀较为严重的管子进行壁厚测量：壁厚在
2.6~3.5mm
。
对爆口边缘进行壁厚测量：壁厚在
0.8~1.1mm
，爆口长度
80mm
。
金相组织分析结果：爆口组织为铁素体和珠光体，球化级别为
1
级，管壁表面凹凸不平，说明
存在不均匀腐蚀的情况。
扫描电镜分析结果：管壁表面腐蚀产物呈疏松的颗粒状，直径不超过
10
μ
m
，在高倍视野下，
呈鹅绒状。
检验分析结果表明腐蚀产物中存在大量的硫化物及氧化物，管壁发生的腐蚀为高温腐蚀。
高温腐蚀包括高温硫腐蚀及高温氧化，高温氧化即高温烟气中的
O
2
与铁直接反应，形成了内层
Fe
3
O
4
和外层
Fe
2
O
3
的氧化膜层，虽然这种氧化膜层具有一定的抗氧化性能，但由于高温硫腐蚀的存
在，形成的氧化膜层极易被破坏，无法形成连续、致密、具有保护作用的氧化膜层。相反，形成的
腐蚀产物结构比较疏松，与金属管壁结合不牢固，在循环气体的不断冲刷下很容易脱落，而不断漏
出的新管壁会继续发生腐蚀反应，不断刷新金属表面，从而造成管壁不断减薄。当管子壁厚减薄至
管子的屈服强度无法满足管子内部介质的压力时即发生爆管。
通常生成硫化物的方式有
2
种
:
一种是含硫气体（
SO
2
）在高温下直接与金属作用，生成硫化物；
另一种是单质硫与金属表面反应生成硫化物。由于第一种途径需要在反应温度达到
700
℃以上条件
291
下反应速率才开始明显加快，而实际工况中，过热器管壁温度约
480
℃，在这个温度下
SO
2
气体直
接与金属管壁反应生成硫化物的速率是非常缓慢的，因此硫化物的生成应该遵循第二种途径
[2]
。
干熄炉内的硫元素主要以化合物的形式存在于焦炭和循环气体中，焦炭中的硫主要以无机盐的
形式存在，性质稳定不易发生化学反应。但循环气体中的含硫气体如
SO
2
、
H
2
S
及少量的有机含硫
化合物在高温下非常活泼，很容易发生氧化还原反应生成单质硫，进而与铁反应生成硫化亚铁
[3]
，
具体反应式如下：
H
2
S
气体在空气不足的条件下燃烧生成硫：
2H
2
S+O
2
=2H
2
O+2S
；
H
2
S
气体在微量水存在时与
SO
2
气体反应生成硫：
SO
2
气体在还原性气氛中分别与
H
2
及
CO
反应生成硫：
SO
2
+2H
2
=2H
2
O+S
；
SO
2
+2CO=2CO
2
+S
；
在温度达到
250~300
℃以上时，
H
2
S
气体易分解出活性硫，与铁化合生成硫化亚铁：
H
2
S+Fe=FeS+H
2
，且
H
2
S
气体的腐蚀在
360~390
℃之间达到最大值。
在温度达到
400~500
℃时，单质硫可以与铁直接反应生成硫化亚铁：
S+Fe=FeS
，并且从
450
℃
开始，对炉管的破坏作用相当严重。
理论分析结果表明高温硫腐蚀主要是单质硫与金属管壁直接作用的结果。
H
2
含量上升的影响
循环气体中
H
2
含量上升的原因有很多种，主要是生产操作过程中导致循环气体中的
H
2
O
含量
上升，进而使炉内
H
2
含量上升，还原性气氛加强，从而加速高温硫腐蚀，造成锅炉爆管。
锅炉蒸汽侧的变化相较于循环气体侧要快速，而循环系统循环风量及排焦量的调整往往是滞后
的。负荷降低过快时，过热器管排蒸汽流量分配不均匀，部分管排蒸汽流速突然降低甚至发生停滞，
造成瞬间管壁的过热。负荷升高过快的影响更为严重，一方面蒸汽流速加快，管内冲刷剧烈，另一
方面烟温提高幅度更大，过热器管因得不到及时冷却而发生局部超温。生产操作中过快或过慢的调
整锅炉负荷都会导致锅炉过热器超温，造成锅炉爆管。
综合以上分析得出过热器管壁表面发生的腐蚀为高温硫腐蚀，腐蚀产物主要以硫化亚铁为主，
建议采取的防护措施总结如下：
1
）严格控制循环气体系统漏水，即锅炉爆管，热管换热器漏水，炉顶水封槽漏水，炉顶放散
管水封槽漏水，紧急放散阀水封槽漏水。发现循环气体中氢气含量上升等异常情况时，要及时查找
原因并处理。降低循环气体中还原性气体的含量，使自由的硫单质尽可能与氧结合，从而抑制含硫
气体还原反应的发生，减少与管壁金属发生反应。
2
）配煤时降低高硫煤的配比，从源头上减缓高温硫腐蚀的发生。
3
）从干熄焦锅炉操作制度上避免长时间低负荷或超负荷运行和负荷的急剧波动。
4
）配合大修定期进行停炉检查，跟踪管壁腐蚀情况，定期测厚，发现异常立即换管
5
）停炉后及时清除沉积在管壁表面的腐蚀产物，减少管壁积灰，避免腐蚀加剧。
6
）在易发生腐蚀的部位加装护瓦或提高管道材质的耐磨耐腐蚀等级。
导致干熄焦锅炉过热器腐蚀的原因是多方面的，其中高温腐蚀机理尤为复杂，目前国内尚没有统一的理论学说，不能一概而论之，应当针对具体问题具体分析，选择合适的方法，解决干熄焦锅炉过热器腐蚀的问题，保证干熄焦锅炉安全、经济、长期稳定运行。
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2、GB19517-2009国家电气设备安全技术规范
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