摘要：熱水鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到了廣泛的應用，由于循環(huán)水量大，帶入流解氧也多，因此，熱水鍋爐的氧腐蝕尤為突出，文章分析了氧腐蝕的原理及影響因素，并提出了防護措施。

　　關(guān)鍵詞：熱水鍋爐；采暖系統；氧腐蝕；機械除氧；化學(xué)除氧

　　熱水鍋爐與蒸汽鍋爐相比，具有結構簡(jiǎn)單、制造容易、鋼材耗量較少、熱效率較高、運行安全、操作方便、不易發(fā)生缺水干鍋和受熱面金屬過(guò)熱事故等特點(diǎn)，因此在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到了廣泛的應用。尤其是在我國北方，冬季采暖是城鎮居民的基本生活需求，雖然這幾年國家一直在推動(dòng)熱電聯(lián)產(chǎn)項目的建設，但大部分采暖熱源仍為熱水鍋爐。而熱水鍋爐系統的運行腐蝕、停用腐蝕以及由此而引起的腐蝕產(chǎn)物結垢問(wèn)題卻長(cháng)期困擾著(zhù)人們。而且熱水鍋爐循環(huán)水量大，帶入流解氧也多，因此熱水鍋爐的氧腐蝕尤為突出，腐蝕會(huì )帶來(lái)巨大的經(jīng)濟損失，首先會(huì )降低壽命，我國熱水鍋爐設計壽命為15年，由于腐蝕原因一般只能運行5～8年，其次腐蝕泄漏發(fā)生在嚴寒期，供熱中斷會(huì )直接影響居民的正常生活。

　　一、氧腐蝕原理

　　1．鐵受水中流解氧的腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕：陰極過(guò)程，O₂是強烈的陰極去極化劑，能吸收陰極電子形成氟氧離子OH－，使腐蝕過(guò)程加劇，反應公式如下：

　　O₂＋4E＋2H₂O→4OH-

　　陽(yáng)極過(guò)程，鐵的電極電位低于氟的電極電位，反應公式如下：

　　Fe→Fe₂++2e

　　陽(yáng)極反應產(chǎn)物和陽(yáng)極反應產(chǎn)物反應，形成鐵銹：

　　Fe₂++2OH-→Fe（OH）₂

　　4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O→4Fe（OH）₃

　　Fe（OH）₂+Fe（OH）₃→Fe₃O₄+4H₂O

　　2．氧腐蝕部位及特征。熱水鍋爐運行時(shí)，最易發(fā)生氧腐蝕的部位在入水口附近的金屬表面、系統接觸大氣區的金屬表面、循環(huán)不暢處和腐蝕產(chǎn)物沉積處的金屬。其特征為斑點(diǎn)腐蝕或潰瘍，常常在金屬表面生成許多直徑為1～30mm的鼓包，其表面著(zhù)色由黃褐色到磚紅色不等，主要成分為氧化鐵，次層為黑色粉未狀物，為四氧化三鐵。有時(shí)，在腐蝕產(chǎn)物的最深處，緊靠金屬表面，還存在一個(gè)黑色層為氧化亞鐵，將這些腐蝕產(chǎn)物清除后便露出蝕坑。

　　二、影響氧腐蝕的因素

　�。ㄒ唬┻\行期間

　　1．熱水鍋爐采暖系統，有直供和間供兩種形式，由于系統的不嚴密性，容易造成氧氣的進(jìn)入，尤其是直供系統直接與用戶(hù)相連，若補水量增大，除氧不正常，就會(huì )加大溶解氧含量。在一般條件下，水中氧含量越多，鋼的腐蝕越快。

　　2．溶液的PH值對金屬的腐蝕速度影響較大，當pH值低到溶液呈酸性時(shí)金屬腐蝕速度劇烈增大，當有流解氧存在時(shí)，pH的改變對金屬腐蝕影響更大。通過(guò)大量的鍋爐運行數據分析，pH值小于6時(shí)，腐蝕速度隨pH值降低迅速增加；pH值在6～10之間，含氧量的高低決定腐蝕速度的高低；pH值在10～12之間時(shí)，腐蝕速度隨pH值的增加而降低；pH值為12時(shí)，腐蝕速度幾乎很小。

　　由此可見(jiàn)，鍋爐正常運行時(shí)，控制鍋水pH值在10～12范圍內，可以使金屬表面形成一層穩定的保護膜，造成陽(yáng)極鈍化，從而大大降低鍋爐的腐蝕速度。

　�。ǘ�）停運期間

　　鍋爐停運期間的腐蝕比運行腐蝕更嚴重，大規模的腐蝕損壞和局部腐蝕孔往往是由停用腐蝕引起的，尤其熱水采暖鍋爐系統運行期一般為4～5個(gè)月，每年停運期7～8個(gè)月，若在停運期間沒(méi)有將水放凈或未做好養護，氧腐蝕將會(huì )加劇。

　　三、氧腐蝕的防護措施

　　根據以上分析，防止氧腐蝕不僅要在運行其間進(jìn)行，更應在停用期間采取措施，才能有效減緩和防止氧腐蝕，延長(cháng)設備使用壽命。為此，提出以下防護措施：

　�。ㄒ唬┻\行期間采取機械除氧和化學(xué)除氧同時(shí)處理的方式

　　1．機械除氧主要是加裝除氧器，熱水鍋爐由于蒸汽汽源問(wèn)題及投資原因，不適應使用熱力除氧和真空除氧，可考慮使用海綿鐵除氧，這是進(jìn)入20世紀90年代后在鋼屑除氧的基礎上研制的技術(shù)，也采用過(guò)濾式，用堆比重比較輕的海棉狀還原鐵粉為除氧劑，當含氧水通過(guò)濾層時(shí)發(fā)生以下反應：

　　2Fe+2+2H₂O+O₂→2Fe（OH）₂

　　Fe（OH）₂吸附在海綿鐵粒上，但它在含氧水中是不穩定的，它將被氧化成三價(jià)鐵的化合物：2Fe（OH）2+H₂O+1/2O₂→2Fe（OH）₃

　　Fe（OH）₃呈現為黃綠色類(lèi)絮狀物，可用反洗方法沖走，在濾層深處，由于水中氧的濃度已經(jīng)很低，因此必然存在與Fe（OH）₂沉淀保持平衡關(guān)系的少量的Fe₂+，它很容易被Na型樹(shù)脂吸收，所以出水再經(jīng)Na型強酸性陽(yáng)樹(shù)脂層時(shí)便可除去，交換反應為：

　　Fe₂++2NaR→FeR₂+2Na+

　　這種方法常溫下即可除氧，體積小投資小，除氧效果較穩定，因此在很多熱水鍋爐系統中得到應用，問(wèn)題是缺少技術(shù)的統一性。

　　2．化學(xué)除氧，主要是添加除氧劑，種類(lèi)有Na₂SO₃和水合聯(lián)氨（N₂H₄·H₂O），后一種由于價(jià)格昂貴且有較強的毒性，所以不能在熱水鍋爐采暖系統使用，Na₂SO₃易溶于水，是一種還原劑，遇到水中的溶解氧產(chǎn)生如下反應：2Na₂SO₃+O₂→2Na₂SO₄，而且Na₂SO₃價(jià)廉無(wú)毒無(wú)污染，因此一直作為首選除氧劑，但有幾個(gè)問(wèn)題需要注意：

　　溫度是影響Na₂SO₃同氧反應的重要因素，室溫下Na₂SO₃同氧反應的速度較慢，但隨著(zhù)溫度升高，反應時(shí)間大大縮短。研究證明，溫度每升高10℃，反應速度約增加1倍，在100℃以上，反應速度更快。所以在使用Na₂SO₃時(shí)，盡量直接加到熱水管道中。

　　Na₂SO₃很容易氧化失效，因此使用時(shí)最好隨用隨配，確實(shí)需要儲存時(shí)，采取嚴格的密封措施。也可同時(shí)加入一些水溶性的硝酸鹽或硫酸鹽，作為催化劑，加快反應速度，但要注意用量的配比。

　　3．控制鍋水的pH值在10～12范圍內，從而在金屬表面形成一層保護膜，可以避免或減少氧腐蝕的發(fā)生。但在實(shí)際運行中鍋水的pH值有時(shí)發(fā)生變化，那么當pH值＜10時(shí)，可以采用向鍋內投加一定量的堿性藥劑的方法以提高鍋水的pH值。對冬季采暖的熱水鍋爐我公司是投加Na（OH）₂和Na₃Po₄，這樣既減少了爐水的硬度，又提高了pH值，而且在運行時(shí)監測NaOH濃度，避免造成堿性腐蝕。

　　4．由于供熱面積較大，一些熱水鍋爐供熱采取間供系統，二次網(wǎng)補水基本采用離子交換法進(jìn)行軟化，一般認為這樣pH值提高了，水的腐蝕性也降低了。

　�。ǘ�）停運期間的措施

　　1．鍋爐系統的保護，可采用干法，停爐后排干鍋水，然后烘干加入干燥劑，具體用量：無(wú)水氯化鈣（1～2kg/m³）、生石灰（2～3kg/m³）、硅膠（2.7kg/m³）），最后封閉鍋爐，并定期檢查干燥劑。

　　2．二次網(wǎng)停運期間的防護比較困難，停熱短期可充滿(mǎn)水采取濕法保養，但檢修、改造期間水必須泄掉，由于供熱管網(wǎng)較長(cháng)，管徑由大到小不等，徹底清除積水不現實(shí)，所以存在一空白區間容易產(chǎn)生氧腐蝕，這時(shí)的防護還需探討。

　　以上給出了幾種防止氧腐蝕的措施，但也應該根據實(shí)際情況選擇適宜的方法，比如小型熱水鍋爐，安裝除氧器造價(jià)相對較高，可只采用化學(xué)除氧，根據給水的溶解氧含量，計算出Na₂SO₃加入量，使系統中亞硫酸根含量保持在2～7mg/L，同時(shí)再加入Na（OH）₂和Na₃Po₄，也能達到防腐效果。另外還要加強管理，降低系統補水量；加強水質(zhì)的監測，保證加藥量控制在合理的范圍。

　　參考文獻：

　　[1]鹿道智．工業(yè)鍋爐司爐教程[M]．2001．

　　[2]魏剛，熊蓉春．熱水鍋爐防腐阻垢技術(shù)[M]．化學(xué)工業(yè)出版社，2002．

　　作者簡(jiǎn)介：申巍，男，天津人，供職于天津市津南區集中供熱辦公室，研究方向：供熱管理。