YWH輪是2011年6月由中遠南通川崎造船廠建造的好望角型船舶，配備的是國內(nèi)廠家生產(chǎn)的燃油和廢氣組合型鍋爐。最大工作壓力：8.0 bar 蒸發(fā)量：1300kg/h(廢氣側) 1500 kg/h（燃油側）該鍋爐原理如圖1所示。該鍋爐為立式煙管鍋爐，廢氣側（廢氣爐）和燃油側（輔鍋爐）共用一個立式筒體作為水腔，燃燒室也設計成立式的。該型號鍋爐為全焊接型，輔鍋爐側的主要換熱件由針型管件組成，這種針型管由大口徑的管子里面裝有帶針型肋片管組成，針型管上下開口用于水的進入和蒸汽的排出。里面的針型肋片主要是增加傳熱面和擾流，以獲得最大熱效率。廢氣爐側主要換熱件為中低壓鍋爐爐管。在組合鍋爐的燃油側和廢氣側都設計有人孔和手孔，可以方便檢修；鍋爐廢氣側的煙管采用中低壓無縫鍋爐管，沒有進行額外的機加工，煙管垂直布置，管子兩端經(jīng)過脹管后在煙面焊接在上下管板中。1、問題發(fā)現(xiàn)：該輪于2013年8月份對鍋爐進行煙腔進行水洗的過程中發(fā)現(xiàn)有兩根爐管發(fā)生了漏泄，這一現(xiàn)象引起了公司和船舶的高度重視，是單根爐管出現(xiàn)問題還是所有管子均存在腐蝕現(xiàn)象？為此我找到了鍋爐廠的售后服務部門上船進行檢驗，售后服務部門上船對爐水水質(zhì)進行檢查并打開爐腔檢查后，得出的結論是鍋爐內(nèi)部發(fā)生了氧腐蝕并給出了分析報告如下：1．1爐管整體長度為2.23米，水管表面中部發(fā)現(xiàn)輕微水垢，根部結垢較嚴重，根部表面以及下管板表面發(fā)現(xiàn)腐蝕凹坑，而管子其他部位只是輕微的一層浮銹。水垢大多是指水中碳酸鹽、硫酸鹽成份，由于給水的硬度較高或爐內(nèi)處理不當形成。對船齡較小的船舶來說，可能由于在造船時鍋爐制造廠未能對爐腔進行系統(tǒng)的清潔、煮爐，或在廠期間未對爐水按照說明書規(guī)定化驗投藥進行化學品處理，都會導致水腔的結垢和腐蝕。水垢會降低鍋爐熱效率，增加耗油量，降低受熱面金屬強度，使鋼板過熱，變形，甚至爆裂事故。1．3氧腐蝕的原因是由于水中溶解氧和鐵進行反應生成氧化鐵。氧腐蝕的特征為局部腐蝕，主要表現(xiàn)為局部的坑點或潰瘍狀腐蝕，腐蝕部位上覆蓋有腐蝕產(chǎn)物。氧腐蝕會造成鍋爐水管腐蝕穿孔而泄漏，嚴重時甚至可能因腐蝕而報廢。1．4. 對于蒸汽面銹蝕問題，可使用化學添加劑來減緩和防止。廠家專業(yè)人員提請船舶注意提高熱水井的給水溫度，勤投藥、勤化驗爐水并及時上下排污以防止腐蝕繼續(xù)惡化對于鍋爐已經(jīng)存在的水垢，可以在適當?shù)臅r候停爐清洗，如果不能用物理方法如高壓水、人工刮拭等方法，可以使用化學品酸洗來進行除垢。出廠兩年多的新鍋爐出現(xiàn)嚴重腐蝕穿孔現(xiàn)象，作為船公司來講是難以接受的，一定要找到鍋爐失效的最根本的原因。船東的意見是：如果是設備生產(chǎn)質(zhì)量問題，可以提請設備制造廠注意改善制造工藝和生產(chǎn)質(zhì)量；如果是船員日常維護管理問題，船公司要對船員進行技能和責任心的培訓，以避免再次出現(xiàn)類似的問題。筆者多方咨詢和查閱專業(yè)資料，以求找到鍋爐腐蝕的真正原因。船用鍋爐腐蝕的常見類型分為氧腐蝕、酸腐蝕、爐內(nèi)堿腐蝕、縫隙腐蝕等。判斷鍋爐是否發(fā)生了氧腐蝕的依據(jù)是鍋爐水腔內(nèi)的腐蝕凹坑，類似潰瘍狀或者小孔狀局部腐蝕，其腐蝕產(chǎn)物表面顏色為黃褐色、黑色、磚紅色不等，次層是黑色粉末，對金屬強度破壞嚴重，腐蝕產(chǎn)物一般覆蓋在金屬表面，而腐蝕產(chǎn)物下的腐蝕仍然在繼續(xù)，當腐蝕產(chǎn)物脫落后，腐蝕表面呈不規(guī)則形狀，并出現(xiàn)深淺不一的凹坑。鍋爐水側氧腐蝕的特征：鋼鐵表面形成許多小型鼓泡，其直徑1-30mm不等；鼓泡是鋼鐵腐蝕的產(chǎn)物，其表面的顏色由黃褐色到磚紅色不等，但就整個腐蝕產(chǎn)物大致可分為三層。其中，最外層是三價鐵的水合氧化物，成分為Fe2O3·nH20，最內(nèi)層為二價鐵的水合氧化物，呈黑色，即FeO·nH2O。中間層為粉末狀的黑褐色水合氧化物，成為Fe304·nH2O，也可看成FeO和Fe2O3結合產(chǎn)物；所有鐵腐蝕的產(chǎn)物結構都比較疏松。且氧和鐵的結合量自外層到內(nèi)層逐漸減少，當腐蝕產(chǎn)物除掉之后，便會出現(xiàn)因腐蝕而造成的蝕坑?？拥卒撹F為陽極，在電化學的過程中，坑底底部的鋼鐵放出電子，并由鋼鐵本身傳遞到蝕坑上部周圍處(陰極)，在陰極處的水中溶解氧獲得電子后起陰極還原反應，但陰極處鋼鐵不受腐蝕。此時水中的陰離子(例：C1-、OH-)向坑底遷移，而二價鐵的亞鐵離子則向上遷移，為此連續(xù)不斷地構成電流回路、腐蝕不止，造成腐蝕坑向縱深發(fā)展，直至穿孔，雖然由氧腐蝕損耗的鋼鐵總量不大，但由于集中于局部，特別是大面積的潰瘍腐蝕，對鍋爐的強度危害很大，以致使鍋爐報廢，或更換受熱面管子。鍋爐水腔中的水溫分布情況是從下往上是遞增的，靠近下管板處的水溫較低，所含的氧氣濃度會稍高一些，這一區(qū)域的腐蝕也會更嚴重一些，這些由于氧腐蝕形成的凹坑嚴重發(fā)展就會造成管壁的穿孔以及下管板的嚴重腐蝕，如果穿孔的爐管數(shù)量較多，達到15%以上時，因為封堵爐管造成了主機廢氣通道有效面積的縮小，會造成主機透平效率下降、喘振等進而造成主機整機排煙溫度升高，燒損排氣閥和主機活塞頭、掃氣箱著火等一系列嚴重后果，甚至造成船舶停航修理而發(fā)生很高的修理費用以及嚴重的營運直接和間接損失。補給水中所含的氧氣是造成氧腐蝕的主要原因。鍋爐給水中的溶解氧基本上是飽和的，如果給水除氧不力，在中性或堿性介質(zhì)中，勢必發(fā)生氧腐蝕，氧腐蝕會造成鍋爐爐管和管板的嚴重損壞。2．2 酸腐蝕：當爐水中氯化鎂MgCl2含量較高時，在高溫的作用下，會發(fā)生水解反應而生成鹽酸。鹽酸是一種強酸，它能破壞金屬表面的氧化膜，又能腐蝕鋼鐵。在爐水pH值較低的情況下，腐蝕產(chǎn)物(鐵的氯化物)又可能與氫氧化鎂Mg(OH)2作用而生成新的氯化鎂。新生成的氯化鎂在適宜的條件下則又可能水解成鹽酸，如此周而復始，使鋼鐵不斷遭到酸腐蝕而被損壞。爐內(nèi)酸腐蝕特點：鍋爐內(nèi)酸腐蝕多發(fā)生在水冷壁管上，其特征是：在水冷壁管皿狀蝕坑上，有較硬的Fe304突起物，呈現(xiàn)層狀結構，在附著物和金屬交接處有明顯的蝕坑，腐蝕部位金相組織發(fā)生變化，有明顯的脫碳現(xiàn)象。2．3 爐內(nèi)堿腐蝕：在正常情況下，爐水PH值一般在9～11之間，此時爐管金屬表面的氧化膜是穩(wěn)定的，不會發(fā)生堿腐蝕。發(fā)生堿腐蝕的原因，是由于在爐管的局部地方發(fā)生了堿的濃縮。例如：由于水循環(huán)不良或在一些水平或傾斜度不夠的爐管內(nèi)，發(fā)生“汽水分層”現(xiàn)象時，使附在管壁的液膜濃縮。該部位的游離NaOH達到危險濃度，從而產(chǎn)生堿腐蝕。另外，在有沉積物的地方，其沉積物下爐水滯流，也可能使NaOH濃縮到危險的濃度。堿腐蝕形成機理：在高溫高壓的條件下，爐水中游離苛性鈉溶解了鋼鐵金屬表面的氧化保護膜(主要成分為Fe3O4)，使其生成可溶性的亞鐵酸鹽，使鐵金屬遭堿腐蝕而破壞：Fe304+4Na0H→2NaFe202+Na2Fe02+H20；爐內(nèi)發(fā)生堿腐蝕的特征是：爐內(nèi)堿腐蝕多發(fā)生在鍋爐水冷壁管的向火側，熱負荷較高或水循環(huán)不良的部位和傾斜管上；多孔沉積物下，和管壁與焊接的細小間隙處。堿腐蝕一般具有局部性的特征：腐蝕部位呈小溝槽或不規(guī)則的潰瘍型，上附有腐蝕產(chǎn)物。腐蝕部位金屬的機械性能和金相組織一般沒有變化，金屬仍保留它的延性。2.4 縫隙腐蝕：縫隙也是氧腐蝕的一種形式。它是由于狹縫或間隙的存在，在狹縫內(nèi)或近旁發(fā)生的腐蝕。發(fā)生縫隙腐蝕的縫隙必須寬到腐蝕溶液能夠進入，但又必須窄到能維持溶液靜滯。縫隙腐蝕通常發(fā)生在金屬表面與墊片、墊圈、襯板、表面沉積物等接觸的地方以及搭接縫、金屬重疊處等地方。一般認為縫隙腐蝕是由于縫內(nèi)外氧濃差引起的，由于縫隙內(nèi)部貧氧，氧的還原反應主要在縫隙外部的金屬表面上進行，縫隙內(nèi)部金屬溶解產(chǎn)生了過多的正離子(Fe2+)，為了維持電解質(zhì)平衡，Cl-等有害離子從外部遷入縫內(nèi)，結果使縫內(nèi)的金屬氯化物濃度增加，金屬氯化物水解產(chǎn)生游離酸(H+Cl-)，從而加速了金屬的溶解速率，形成一個自催化過程。由于爐水中Cl-含量較高，使Cl-誘發(fā)氧濃度差腐蝕，氧腐蝕點為陽極，周圍金屬成為陰極，這樣只要有氧存在，腐蝕就不斷進行下去，腐蝕產(chǎn)物下爐管就會越腐蝕越深直至穿孔?？p隙腐蝕常常伴有一個很長的孕育期，然而一旦開始，就不斷以增加的速度發(fā)展；造成縫隙腐蝕還有一種物理現(xiàn)象，既爐管與下管板之間存在縫隙，在鍋爐的運行過程中，縫隙中逐漸被爐水處理后的污泥或水垢填充，由于填充物是熱的不良導體，爐管吸收的廢氣熱量不能很好的傳導到管板上，造成局部金屬溫度過高，鋼材的強度會隨著溫度的升高而降低，由于水垢的存在會導致縫隙處金屬溫度升高很多，長時間運行會造成該部位金屬的結構發(fā)生變化，更容易發(fā)生損害和腐蝕，一旦發(fā)生腐蝕速度會非?？?圖3是輔助鍋爐水管壁結垢或有油膜覆蓋時的狀況，廢氣爐可做參考。結論：油膜厚度僅為0.5mm的爐壁的最高溫度可從256攝氏度上升至633攝氏度。此外，熱傳遞可從137 kW/m2降至82.3 kW/m2，降幅可達40%。鍋爐內(nèi)部的腐蝕是多種類型腐蝕共同起作用，某一種腐蝕占了主導地位，但是上述的鍋爐到底是哪一種腐蝕占據(jù)主導地位呢？是否還有其他未被發(fā)現(xiàn)的制造工藝方面的潛在因素？我司新造船舶配置的是相同型號的鍋爐，利用試航的機會對上述疑問進行驗證。鍋爐生產(chǎn)廠家給出的結論是氧腐蝕造成鍋爐爐管與下部管板銹蝕，但我司有多條船舶安裝有同類型的鍋爐，船員對鍋爐的管理水平相當，未在如此短的時間發(fā)生類似問題。我們查閱大量資料和鍋爐廠家的設計建造規(guī)范，我們作為船東代表進廠檢查在建船的鍋爐水腔內(nèi)部，以確認制造廠的制作工藝是否存在問題，是否在爐管和下管板之間存在縫隙造成鍋爐水腔爐管根部腐蝕。檢查中發(fā)現(xiàn)部分爐管與管板間隙較大，現(xiàn)場用塞尺測量，爐管與上下管板間隙為0.4mm左右（如圖3所示）。查閱鍋爐廠家建造規(guī)范，發(fā)現(xiàn)設計和建造規(guī)范上要求爐管與管板的間隙最大為0.1mm。 我們分析：爐管與下管板的間隙較大，鍋爐制造廠在建造完畢后煮爐、鈍化處理以及在船東使用過程中所投藥的藥液、水垢就會沉積在縫隙中，發(fā)生短路原電池反應，在縫隙中發(fā)生強烈的腐蝕，也就是業(yè)界所稱的縫隙腐蝕。雖然上管板與爐管間隙與下部類似，但下管板與爐管結合處處于蒸汽空間，藥液、水垢等不易進入，因而腐蝕較輕；雙方都認為這是造成鍋爐發(fā)生腐蝕的因素之一；解決的方案是鍋爐廠專業(yè)人員重新對間隙較大的爐管進行了脹管操作，消除這些間隙；發(fā)生腐蝕的YWH輪鍋爐由鍋爐廠進行無損檢測，投藥除去鐵銹和水垢并在適當時機更換腐蝕嚴重的鍋爐管。鍋爐出廠時直接在水腔內(nèi)加入了防銹粉末,防銹粉末是一種白色物質(zhì),在鍋爐內(nèi)揮發(fā)后產(chǎn)生含氣態(tài)氨,如有水分存在將溶解在水中形成弱堿性的氨水,能阻止銹蝕產(chǎn)生,但是船廠人員不懂得煮爐和鈍化的程序，鍋爐廠也不提供化學品和技術支持，在首次運行時，只是投藥和加水，因此交給船東時存在先天不足現(xiàn)象。船東接過船舶時并沒有檢查鍋爐水腔內(nèi)部狀況便直接使用，如果水腔內(nèi)存在垃圾、污泥等物質(zhì)覆蓋在下管板和爐管根部區(qū)域，這些物質(zhì)將阻礙熱的傳導，使管板和根部爐管溫度升高，金屬晶體發(fā)生變化，更容易造成管板和爐管根部的腐蝕，一旦發(fā)生腐蝕，腐蝕產(chǎn)物覆蓋在金屬表面就會形成垢下腐蝕，如果不及時清除這些銹蝕產(chǎn)物，垢下腐蝕就不會停止，直到將金屬腐蝕穿透為止，所以鍋爐水腔要每半年打開一次檢查狀況，發(fā)現(xiàn)有銹包一定要清除干凈，露出金屬為止，這樣在藥液的作用下，腐蝕才會停止，為此需要根據(jù)投藥量定期進行上、下排污操作，排掉下部的污泥和上部的浮渣，浮渣濃度太大也會覆蓋并粘帖在管子上部，影響管子的傳熱容易形成腐蝕。綜上所述，該輪鍋爐水腔的腐蝕可以說是多種因素共同作用導致嚴重腐蝕，需要引起重視，下面就從各方面來探討如何防止出現(xiàn)這種現(xiàn)象。這件事的成功解決，作為機務管理人員深有感觸：總結經(jīng)驗、加強正規(guī)管理是保證設備正常運轉的前提，設備從交給船廠開始階段和船員的日常管理都非常重要，該輪鍋爐的腐蝕損傷可以說是設備廠家和船員都有一定的責任，出廠時就存在一定的不滿足規(guī)范的缺陷，在日常的維護中，船員在排污操作上也有一定的過失，致使鍋爐下管板有鐵銹和垃圾（處理后的污泥）沉積，但是前后時間段比較長，無法查到具體責任人，以后要對船員加大培訓力度，避免其他船舶出現(xiàn)類似的現(xiàn)象，因此船用鍋爐要維持長時間的無故障運轉，需注意以下幾點。4.1嚴把出廠關：確保鍋爐的制造工藝要達標。鍋爐在設計制造過程中，選用材質(zhì)不合理，工藝粗糙，縫隙太大，煮爐、鈍化處理之前沒有對爐膛內(nèi)部徹底清潔，造成爐膛內(nèi)部有腐蝕源等都會造成鍋爐在使用過程中產(chǎn)生異常腐蝕；因此公司在決定造船談建造規(guī)格書時就要開始把關，選用有信譽的廠家，廠家的制造規(guī)范供公司機務人員學習和掌握，鍋爐從制造廠出廠到達船廠裝船開始，需要監(jiān)造組人員進行把關，嚴格按照干保養(yǎng)的標準保養(yǎng)鍋爐，初次運行時要先進行煮爐和鈍化。4.1.1煮爐煮爐是為了清除新鍋爐內(nèi)的保護性油脂和可能存在的油污，煮爐的步驟如下（以德魯公司的LAC堿性清潔劑和LIQUID COAGULANT雜質(zhì)凝結劑為例）：? 按照鍋爐系統(tǒng)水容量及投藥比例，計算所需LAC和LIQUID COAGULANT數(shù)量? 加爐水并同時添加2/3數(shù)量的LAC 和LIQUID COAGULANT（剩余的1/3將在每次排污后添加）? 在壓力達到7公斤時，每2小時進行下排污一次，排除懸渣，每4小時上排污一次，排除固體雜質(zhì)顆粒。? 整個煮爐過程需要12小時。即下排污6次，上排污3次。剩余的化學品9等分。4.1.2鈍化鈍化的目的是在水側表面形成一層惰性保護膜，以阻止爐水中的有害性成分同更深層的金屬發(fā)生反應，起到保護鍋爐的作用，保護膜的形成可以通過不同的方法獲得。德魯公司的AMERZINE的用量為1.3升兌每頓爐水，程序如下：? 從汽鼓加入AMERZINE,或通過專門添加處理劑的旁通罐加入。? 通過排污，使爐水降到正常水位，鈍化完成。此時的鍋爐可以添加處理劑并投入正常運行。保持熱水井的高溫度：船用鍋爐結構設計較簡單，沒有專門的除氧設施，而且大多都是敞開式的給水柜（熱水井），很容易混入氧氣，為此鍋爐說明書中要求保持熱水井85-90°C，這樣可以保持給水中較低的氧含量，見圖5所示。但是由于熱水井本身沒有保溫設施，冬季、夏季機艙內(nèi)溫度變化很大，冬季時很難保持高溫，由于外界溫度低回水溫度即使不冷卻也達不到85度，而且僅靠減少回水冷卻器（condenser—康定生）冷卻海水的流量來調(diào)節(jié)回水溫度會導致康定生熱交換管海水側嚴重結垢，嚴重時管路堵塞清通非常困難；為此部分廠家設計了熱水井的自動加溫裝置，利用蒸汽噴射入熱水井保持高溫除氧的有效性。見圖6所示(2)給水中添加除氧劑的方法除氧。鍋爐給水的除氧劑常用的有亞硫酸鈉（Na2SO3）、聯(lián)氨(N2H4)等。Unitor的產(chǎn)品中Liquitreat是一種常用的爐水處理劑，Liquitreat 中除氧劑主要成份為亞硫酸鈉，該成份為傳統(tǒng)除氧劑，能快速和氧發(fā)生反應生成硫酸鈉從而達到除氧目的，但是為了保證濃度需要經(jīng)常添加。該除氧成份沒有鈍化功能，不能揮發(fā)到蒸汽管路中從而形成保護，硫酸鈉會增加電導率，所以要求船員必須嚴格按照排污程序每天進行鍋爐排污從而減少水垢和腐蝕的產(chǎn)生。(3)鍋爐的給水鹽度、硬度控制：給水鹽度需小于5ppm，從源頭上減少水的硬度和結垢的風險。可以通過投藥來進行，需要注意的是盡管化學品可以疏松鈣鎂鹽類，減少水垢在水管表面的形成但是水中的鈣鎂鹽類并沒有消失，我們還是需要通過排污的方式來去除鈣鎂鹽類。對爐水鹽度含量要求越低越好以此來減少腐蝕，保證蒸汽品質(zhì)。所以要求一定做好日常的排污和給水水質(zhì)控制。最好使用船上造水機造的水。（一般鹽度為2 ppm）。
(4)對爐水的堿度控制。要求控制酚酞堿度150-300 ppm ,PH 值要求9.5-11.5. 在此堿性條件下，能很好的防止酸性腐蝕對鍋爐的影響。(5)冷凝水質(zhì)量的控制。為了對蒸汽側和冷凝管路也能得到保護而不受腐蝕，我們要求冷水的PH 值呈弱堿性，PH值要求控制在8.3-9.2之間。這個我們可以通過化學品的投放得以實現(xiàn)。(6)運行檢查 鍋爐每運行半年需要打開水腔進行檢查是否有水垢沉積或者管路和管板的腐蝕現(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)管路或者管板出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，應該立即匯報公司請求岸基支持，包括酸洗鍋爐，以便及時除去腐蝕產(chǎn)物，使腐蝕停止；每個長航次對煙腔進行水洗并目視檢查，確保鍋爐效率和確認煙側是否有腐蝕現(xiàn)象，(7)爐水中直接添加化學品：對于低壓鍋爐化學品廠家推薦綜合性防腐處理劑以方便船員進行管理。推薦的Autotreat 和Oxygen Scavenger Plus, Autotreat 中含有DEA(二乙醇胺），該成份能揮發(fā)到蒸汽管路中形成弱堿性的氨水從而保護整個冷凝和給水系統(tǒng)；Oxygen Scavenger Plus 成份為二乙基羥胺，該化學品不會增加爐水電導率，揮發(fā)性強，可以隨蒸汽進入冷凝系統(tǒng)從而對整齊冷凝系統(tǒng)有一個全面除氧保護，該品毒性極低且能和氧氣快速反應。但是這兩種藥劑需要通過投藥泵直接添加到爐水中，一般是通過專用投藥泵從鍋爐給水管路上添加，才能保證藥劑的連續(xù)性和有效性，這種藥劑投到熱水井中沒有效果。(8)停用保養(yǎng) 鍋爐停用時，如果防護措施不當，大氣可能侵入鍋爐內(nèi)而造成腐蝕。鍋爐停用時發(fā)生的氧腐蝕，通常是整個水汽系統(tǒng)中，特別容易發(fā)生在積水不易放干的部分，這與鍋爐運行時發(fā)生的氧腐蝕常常局限在某一部位是不同的，鍋爐短期停用時按照要求使用濕保養(yǎng)方法；長期停用時要使用干保養(yǎng)，徹底除去鍋爐內(nèi)水分，并添加防銹粉末防止腐蝕發(fā)生。 5、結論綜上所述，設備的維護要從源頭上把關，而且后天的保養(yǎng)也是不容忽視的，無論是在設備制造和日常管理中，注意每個細節(jié)，設備廠家嚴格按照施工規(guī)范施工，使用者嚴格按照設備廠和化學品廠產(chǎn)品說明書的要求進行維護和保養(yǎng)，給設備一個良好的運行環(huán)境，以充分延長設備的無故障運行期，這是每一個機務人員的最高期望。
參考文獻
1、張玉忠等編. 低壓鍋爐運行中的氧腐蝕及新型除氧劑的應用 第24卷第10期
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