热水锅炉及采暖系统氧腐蚀的探讨

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　　摘要：热水锅炉在工业生产和日常生活中得到了广泛的应用，由于循环水量大，带入流解氧也多，因此，热水锅炉的氧腐蚀尤为突出，文章分析了氧腐蚀的原理及影响因素，并提出了防护措施。

　　关键词：热水锅炉；采暖系统；氧腐蚀；机械除氧；化学除氧

　　热水锅炉与蒸汽锅炉相比，具有结构简单、制造容易、钢材耗量较少、热效率较高、运行安全、操作方便、不易发生缺水干锅和受热面金属过热事故等特点，因此在工业生产和日常生活中得到了广泛的应用。尤其是在我国北方，冬季采暖是城镇居民的基本生活需求，虽然这几年国家一直在推动热电联产项目的建设，但大部分采暖热源仍为热水锅炉。而热水锅炉系统的运行腐蚀、停用腐蚀以及由此而引起的腐蚀产物结垢问题却长期困扰着人们。而且热水锅炉循环水量大，带入流解氧也多，因此热水锅炉的氧腐蚀尤为突出，腐蚀会带来巨大的经济损失，首先会降低寿命，我国热水锅炉设计寿命为15年，由于腐蚀原因一般只能运行5～8年，其次腐蚀泄漏发生在严寒期，供热中断会直接影响居民的正常生活。

　　一、氧腐蚀原理

　　1．铁受水中流解氧的腐蚀是一种电化学腐蚀：阴极过程，O₂是强烈的阴极去极化剂，能吸收阴极电子形成氟氧离子OH－，使腐蚀过程加剧，反应公式如下：

　　O₂＋4E＋2H₂O→4OH-

　　阳极过程，铁的电极电位低于氟的电极电位，反应公式如下：

　　Fe→Fe₂++2e

　　阳极反应产物和阳极反应产物反应，形成铁锈：

　　Fe₂++2OH-→Fe（OH）₂

　　4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O→4Fe（OH）₃

　　Fe（OH）₂+Fe（OH）₃→Fe₃O₄+4H₂O

　　2．氧腐蚀部位及特征。热水锅炉运行时，最易发生氧腐蚀的部位在入水口附近的金属表面、系统接触大气区的金属表面、循环不畅处和腐蚀产物沉积处的金属。其特征为斑点腐蚀或溃疡，常常在金属表面生成许多直径为1～30mm的鼓包，其表面着色由黄褐色到砖红色不等，主要成分为氧化铁，次层为黑色粉未状物，为四氧化三铁。有时，在腐蚀产物的最深处，紧靠金属表面，还存在一个黑色层为氧化亚铁，将这些腐蚀产物清除后便露出蚀坑。

　　二、影响氧腐蚀的因素

　　（一）运行期间

　　1．热水锅炉采暖系统，有直供和间供两种形式，由于系统的不严密性，容易造成氧气的进入，尤其是直供系统直接与用户相连，若补水量增大，除氧不正常，就会加大溶解氧含量。在一般条件下，水中氧含量越多，钢的腐蚀越快。

　　2．溶液的PH值对金属的腐蚀速度影响较大，当pH值低到溶液呈酸性时金属腐蚀速度剧烈增大，当有流解氧存在时，pH的改变对金属腐蚀影响更大。通过大量的锅炉运行数据分析，pH值小于6时，腐蚀速度随pH值降低迅速增加；pH值在6～10之间，含氧量的高低决定腐蚀速度的高低；pH值在10～12之间时，腐蚀速度随pH值的增加而降低；pH值为12时，腐蚀速度几乎很小。

　　由此可见，锅炉正常运行时，控制锅水pH值在10～12范围内，可以使金属表面形成一层稳定的保护膜，造成阳极钝化，从而大大降低锅炉的腐蚀速度。

　　（二）停运期间

　　锅炉停运期间的腐蚀比运行腐蚀更严重，大规模的腐蚀损坏和局部腐蚀孔往往是由停用腐蚀引起的，尤其热水采暖锅炉系统运行期一般为4～5个月，每年停运期7～8个月，若在停运期间没有将水放净或未做好养护，氧腐蚀将会加剧。

　　三、氧腐蚀的防护措施

　　根据以上分析，防止氧腐蚀不仅要在运行其间进行，更应在停用期间采取措施，才能有效减缓和防止氧腐蚀，延长设备使用寿命。为此，提出以下防护措施：

　　（一）运行期间采取机械除氧和化学除氧同时处理的方式

　　1．机械除氧主要是加装除氧器，热水锅炉由于蒸汽汽源问题及投资原因，不适应使用热力除氧和真空除氧，可考虑使用海绵铁除氧，这是进入20世纪90年代后在钢屑除氧的基础上研制的技术，也采用过滤式，用堆比重比较轻的海棉状还原铁粉为除氧剂，当含氧水通过滤层时发生以下反应：

　　2Fe+2+2H₂O+O₂→2Fe（OH）₂

　　Fe（OH）₂吸附在海绵铁粒上，但它在含氧水中是不稳定的，它将被氧化成三价铁的化合物：2Fe（OH）2+H₂O+1/2O₂→2Fe（OH）₃

　　Fe（OH）₃呈现为黄绿色类絮状物，可用反洗方法冲走，在滤层深处，由于水中氧的浓度已经很低，因此必然存在与Fe（OH）₂沉淀保持平衡关系的少量的Fe₂+，它很容易被Na型树脂吸收，所以出水再经Na型强酸性阳树脂层时便可除去，交换反应为：

　　Fe₂++2NaR→FeR₂+2Na+

　　这种方法常温下即可除氧，体积小投资小，除氧效果较稳定，因此在很多热水锅炉系统中得到应用，问题是缺少技术的统一性。

　　2．化学除氧，主要是添加除氧剂，种类有Na₂SO₃和水合联氨（N₂H₄·H₂O），后一种由于价格昂贵且有较强的毒性，所以不能在热水锅炉采暖系统使用，Na₂SO₃易溶于水，是一种还原剂，遇到水中的溶解氧产生如下反应：2Na₂SO₃+O₂→2Na₂SO₄，而且Na₂SO₃价廉无毒无污染，因此一直作为首选除氧剂，但有几个问题需要注意：

　　温度是影响Na₂SO₃同氧反应的重要因素，室温下Na₂SO₃同氧反应的速度较慢，但随着温度升高，反应时间大大缩短。研究证明，温度每升高10℃，反应速度约增加1倍，在100℃以上，反应速度更快。所以在使用Na₂SO₃时，尽量直接加到热水管道中。

　　Na₂SO₃很容易氧化失效，因此使用时最好随用随配，确实需要储存时，采取严格的密封措施。也可同时加入一些水溶性的硝酸盐或硫酸盐，作为催化剂，加快反应速度，但要注意用量的配比。

　　3．控制锅水的pH值在10～12范围内，从而在金属表面形成一层保护膜，可以避免或减少氧腐蚀的发生。但在实际运行中锅水的pH值有时发生变化，那么当pH值＜10时，可以采用向锅内投加一定量的碱性药剂的方法以提高锅水的pH值。对冬季采暖的热水锅炉我公司是投加Na（OH）₂和Na₃Po₄，这样既减少了炉水的硬度，又提高了pH值，而且在运行时监测NaOH浓度，避免造成碱性腐蚀。

　　4．由于供热面积较大，一些热水锅炉供热采取间供系统，二次网补水基本采用离子交换法进行软化，一般认为这样pH值提高了，水的腐蚀性也降低了。

　　（二）停运期间的措施

　　1．锅炉系统的保护，可采用干法，停炉后排干锅水，然后烘干加入干燥剂，具体用量：无水氯化钙（1～2kg/m³）、生石灰（2～3kg/m³）、硅胶（2.7kg/m³）），最后封闭锅炉，并定期检查干燥剂。

　　2．二次网停运期间的防护比较困难，停热短期可充满水采取湿法保养，但检修、改造期间水必须泄掉，由于供热管网较长，管径由大到小不等，彻底清除积水不现实，所以存在一空白区间容易产生氧腐蚀，这时的防护还需探讨。

　　以上给出了几种防止氧腐蚀的措施，但也应该根据实际情况选择适宜的方法，比如小型热水锅炉，安装除氧器造价相对较高，可只采用化学除氧，根据给水的溶解氧含量，计算出Na₂SO₃加入量，使系统中亚硫酸根含量保持在2～7mg/L，同时再加入Na（OH）₂和Na₃Po₄，也能达到防腐效果。另外还要加强管理，降低系统补水量；加强水质的监测，保证加药量控制在合理的范围。

　　参考文献：

　　[1]鹿道智．工业锅炉司炉教程[M]．2001．

　　[2]魏刚，熊蓉春．热水锅炉防腐阻垢技术[M]．化学工业出版社，2002．

　　作者简介：申巍，男，天津人，供职于天津市津南区集中供热办公室，研究方向：供热管理。

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