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[摘 要]流动加速腐蚀（FlowAcceleratedCorrosion，FAC）是当前电站锅炉汽水系统一种重要的腐蚀失效形式，多年来一直困扰着火电行业发展。这种腐蚀可加速电站中大型工业运行设备的碳钢或低合金钢壁厚度减薄，直接导致二回路高压水泄漏甚至管材断裂，为火电站安全带来巨大隐患。当前我国电站超临界机组、大型锅炉火电机组呈现爆发式增长发展趋势，其设备的腐蚀问题也愈发凸显，这也为本文中有关设备防腐措施研究带来了极大的现实意义。
[关键词]锅炉汽水系统；腐蚀问题；防腐措施
中图分类号：S525 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）28-0337-01
1FAC的基本机理
锅炉汽水系统很容易由于FAC而发生爆管，实际上这就是FAC所导致的锅炉汽水系统高温高压管道壁面保护性氧化膜溶解进而越来越薄，间接降低与缩短了系统设备的安全运行性能与使用寿命。对于FAC的机理研究应该从动态与静态两个角度着手，但它不同于静态均匀腐蚀，可以将它理解为是静态水中均匀腐蚀的延伸过程，而它与静态均匀腐蚀最大的区别就在于其所腐蚀的高温高压管道壁面氧化层与溶液边界层存在流动因素。首先从动态角度来理解FAC的相关机理，它将锅炉汽水系统的高温高压管道内部空间作为主流区和流动边界层区，同时也是管壁基底区与氧化层区。如果此时主流区的铁离子在溶解过程中还未能达到饱和状态，则靠近主流区的流动边界区中所含有的铁离子在浓度差驱动下就会逐渐向主流区迁移，这就是FAC的迁移机理。在迁移过程中，高温高压管道壁面的铁离子逐渐溶解到流动边界区位置，而此时壁面保护氧化膜中的铁离子也在不断减少，它所带来的表面变化就是氧化膜的逐渐减薄。由于主流区中所有工质都呈现流动状态，再加之其铁离子又处于未饱和状态，所以伴随整个汽水系统的循环启动，管壁基底位置也会逐渐减薄，久而久之就会造成管壁破裂。如果从静态角度分析，就要基于静态均匀腐蚀原理来理解FAC，即充分理解Fe3O4以及Fe（OH）2的形成与溶解情况，这说明FAC形成的原因与高温高压管道给水方式关联很大。由于在AVT（R）这种特殊的给水处理方式下，管道壁面就会产生Fe3O4磁铁矿氧化膜，形成多孔疏松外延层与致密内延层结构，所以这也是FAC形成腐蚀的基本原因。铁磁矿水界面会产生可溶解的亚铁离子，详细来说它可以分为3层次来解读，即同时发生的3个反应如下：
在上述3个反应过程中，高温高压管道金属壁面会生成Fe3+并通过多空氧化膜层扩散到主体溶液中。如果氧化膜中没有网状环流，则要通过浓度梯度来控制其化学反应过程。同时，由于受到溶液中H+的还原作用，磁铁矿膜会在氧化反应被溶解。客观讲，如果化学反应过程稳定，壁面的氧化膜厚度会保持不变，但由于主体溶液中的亚铁离子Fe2+浓度较大且大于溶液界面氧化物的亚铁离子浓度，则壁面厚度就会不断减少，导致管道越来越薄。
2FAC的腐蚀破坏危害及发生位置
2.1单相流流动加速腐蚀
单相流腐蚀属于典型的FAC流动加速腐蚀，它会直接损害锅炉汽水系统的联箱管道，加速壁厚损失，所以它不存在任何机械糜烂伤害，是纯粹的化学溶解现象。当然这种腐蚀现象有快有慢，腐蚀具有一定的方向性，基本上会呈现一种“马蹄状”腐蚀趋势，而且它的腐蚀方向箭头会基于湍流矢量接触面而直接增加传质，导致磁铁矿腐蚀迁移，形成壁面氧化物溶解，FAC也会愈演愈烈。当腐蚀方向箭头重叠时，也是FAC最严重时，像高温高压管道壁面会出现连续的扇形橘皮外观，而且越来越薄，到最后会只剩下约几微米的氧化物薄层。
2.2双相流流动加速腐蚀
双相流流动加速腐蚀会呈现两个典型位置，首个位置会出现在汽水系统的除氧器位置，大部分表面会受到单相流影响，但不会出现FAC。第二个位置则出现在汽水系统的给水加热器壳体位置。考虑到双相流条件下液体是不存在氧化能力的，所以管道壁面也不会形成及时保护，这就加速了对系统的腐蚀速率，危害更大。
3锅炉汽水系统的其它防腐措施
3.1利用锅炉用水除氧除气
锅炉用水中要做到彻底的除氧除气，特别是强化对除氧器的运行管理工作，消除加剧腐蚀的各种因素。如果设备停用，則需要冲入氮气或者直接充水来防止氧气腐蚀，做好对设备的全面停用保护。另外，由于炉水中的Cl-含量较高，就必须考虑适当提高炉水的碱度。而如果系统设备管壁金属表面有沉淀物或腐蚀物，也要做到及时清除，确保金属表面始终处于清洁状态，避免含氧水在设备中被长期静止浸泡。
3.2合理调节炉水pH值
要减少给水中的金属氧化物含量，避免泄漏问题发生，合理调整锅炉汽水系统中的炉水pH值。因为锅炉在正常运行状态下，它的金属表面会覆盖大量致密的Fe3O4保护膜，保证锅炉免受腐蚀。而在这其中，破坏Fe3O4保护膜或令其疏松的就是水溶液pH值。一般来说，汽水系统在生产运行过程中pH值会逐渐增大，此时应该考虑设备金属中铁、铜等不同材质的金属防腐蚀效果，通常将热力系统的水质调节到pH值8.5～9.2范围为最佳，此时能够保证汽水设备不会被深度腐蚀。
3.3利用保护膜保护锅炉汽水系统金属表面
要在锅炉汽水系统的金属表面碳钢中加入某些合金元素，为其形成耐腐蚀的保护膜。因为锅炉在经过酸洗以后，在高温纯水环境下会形成致密的氧化薄膜，该保护膜质量较好，它利用给水系统中所加入的H2O2为设备金属表面形成以一层中性保护膜，能够起到较强的防腐作用。
3.4适当减少应力腐蚀
要合理设计锅炉给水系统，保持设备的正常启停工况，必要时做到对炉水中敏感成分所造成影响的有效消除。可以通过审查锅炉汽水系统设计过程中所忽略的受热膨胀因素来看其是否产生了较大应力。如果锅炉启停次数过多，其水中的含氧量就会提高，容易引发设备的点蚀，而点蚀集中更会引发应力集中，所以在启停锅炉过程中要考虑它的交变应力作用，尽量减少对锅炉的启停，减少产生腐蚀疲劳裂纹。
3.5基于热负荷强度要求水质
由于高温高压管道管壁存在热传递现象，这也是锅炉汽水系统在蒸发过程中的腐蚀本质原因。由于在设备运行过程中这一热传递会直接影响到水冷壁管沉积物的形成速度及管壁的温度状态，因此需要对锅炉炉水进行质量严控。例如可以通过混凝、沉淀或过滤处理方法来对炉水中的悬浮物含量进行预处理，保证其悬浮物含量<5mg/l，同时要去除炉水中所存在的部分胶体物质，必要时也可以考虑直接更换水源。
结论
除上述对电站锅炉汽水系统FAC的有效治理外，电站本身也要在日常锅炉维护管理中面对来自于气体腐蚀、酸碱腐蚀以及应力腐蚀等等的威胁，调节水中pH值、减少应力腐蚀、控制热负荷强度、优化水质等等防腐保证工作，为电站锅炉长期稳定运行创造有利环境。
参考文献
[1]郭喜燕，杨勇平，宋之平.锅炉汽水系统动态过程仿真[J].工程热物理学报，2016（S1）：5-8.
[2]于荣生，孙万云.火电厂锅炉汽水系统的模块化建模与仿真[J].华北电力技术，2016（05）：22-26.
[3]李永华，李玉辉.现行汽包锅炉汽水系统分析[J].锅炉技术，2016（06）：27-30+45.
[4]毛晓飞，任挺进.余热锅炉汽水系统动态数学模型及仿真[J].锅炉技术，2015（02）：4-8+28.
[5]嵇婷.自然循环锅炉汽水系统模拟与参数估计[D].浙江大学，2013.
[关键词]锅炉汽水系统；腐蚀问题；防腐措施
中图分类号：S525 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）28-0337-01
1FAC的基本机理
锅炉汽水系统很容易由于FAC而发生爆管，实际上这就是FAC所导致的锅炉汽水系统高温高压管道壁面保护性氧化膜溶解进而越来越薄，间接降低与缩短了系统设备的安全运行性能与使用寿命。对于FAC的机理研究应该从动态与静态两个角度着手，但它不同于静态均匀腐蚀，可以将它理解为是静态水中均匀腐蚀的延伸过程，而它与静态均匀腐蚀最大的区别就在于其所腐蚀的高温高压管道壁面氧化层与溶液边界层存在流动因素。首先从动态角度来理解FAC的相关机理，它将锅炉汽水系统的高温高压管道内部空间作为主流区和流动边界层区，同时也是管壁基底区与氧化层区。如果此时主流区的铁离子在溶解过程中还未能达到饱和状态，则靠近主流区的流动边界区中所含有的铁离子在浓度差驱动下就会逐渐向主流区迁移，这就是FAC的迁移机理。在迁移过程中，高温高压管道壁面的铁离子逐渐溶解到流动边界区位置，而此时壁面保护氧化膜中的铁离子也在不断减少，它所带来的表面变化就是氧化膜的逐渐减薄。由于主流区中所有工质都呈现流动状态，再加之其铁离子又处于未饱和状态，所以伴随整个汽水系统的循环启动，管壁基底位置也会逐渐减薄，久而久之就会造成管壁破裂。如果从静态角度分析，就要基于静态均匀腐蚀原理来理解FAC，即充分理解Fe3O4以及Fe（OH）2的形成与溶解情况，这说明FAC形成的原因与高温高压管道给水方式关联很大。由于在AVT（R）这种特殊的给水处理方式下，管道壁面就会产生Fe3O4磁铁矿氧化膜，形成多孔疏松外延层与致密内延层结构，所以这也是FAC形成腐蚀的基本原因。铁磁矿水界面会产生可溶解的亚铁离子，详细来说它可以分为3层次来解读，即同时发生的3个反应如下：
在上述3个反应过程中，高温高压管道金属壁面会生成Fe3+并通过多空氧化膜层扩散到主体溶液中。如果氧化膜中没有网状环流，则要通过浓度梯度来控制其化学反应过程。同时，由于受到溶液中H+的还原作用，磁铁矿膜会在氧化反应被溶解。客观讲，如果化学反应过程稳定，壁面的氧化膜厚度会保持不变，但由于主体溶液中的亚铁离子Fe2+浓度较大且大于溶液界面氧化物的亚铁离子浓度，则壁面厚度就会不断减少，导致管道越来越薄。
2FAC的腐蚀破坏危害及发生位置
2.1单相流流动加速腐蚀
单相流腐蚀属于典型的FAC流动加速腐蚀，它会直接损害锅炉汽水系统的联箱管道，加速壁厚损失，所以它不存在任何机械糜烂伤害，是纯粹的化学溶解现象。当然这种腐蚀现象有快有慢，腐蚀具有一定的方向性，基本上会呈现一种“马蹄状”腐蚀趋势，而且它的腐蚀方向箭头会基于湍流矢量接触面而直接增加传质，导致磁铁矿腐蚀迁移，形成壁面氧化物溶解，FAC也会愈演愈烈。当腐蚀方向箭头重叠时，也是FAC最严重时，像高温高压管道壁面会出现连续的扇形橘皮外观，而且越来越薄，到最后会只剩下约几微米的氧化物薄层。
2.2双相流流动加速腐蚀
双相流流动加速腐蚀会呈现两个典型位置，首个位置会出现在汽水系统的除氧器位置，大部分表面会受到单相流影响，但不会出现FAC。第二个位置则出现在汽水系统的给水加热器壳体位置。考虑到双相流条件下液体是不存在氧化能力的，所以管道壁面也不会形成及时保护，这就加速了对系统的腐蚀速率，危害更大。
3锅炉汽水系统的其它防腐措施
3.1利用锅炉用水除氧除气
锅炉用水中要做到彻底的除氧除气，特别是强化对除氧器的运行管理工作，消除加剧腐蚀的各种因素。如果设备停用，則需要冲入氮气或者直接充水来防止氧气腐蚀，做好对设备的全面停用保护。另外，由于炉水中的Cl-含量较高，就必须考虑适当提高炉水的碱度。而如果系统设备管壁金属表面有沉淀物或腐蚀物，也要做到及时清除，确保金属表面始终处于清洁状态，避免含氧水在设备中被长期静止浸泡。
3.2合理调节炉水pH值
要减少给水中的金属氧化物含量，避免泄漏问题发生，合理调整锅炉汽水系统中的炉水pH值。因为锅炉在正常运行状态下，它的金属表面会覆盖大量致密的Fe3O4保护膜，保证锅炉免受腐蚀。而在这其中，破坏Fe3O4保护膜或令其疏松的就是水溶液pH值。一般来说，汽水系统在生产运行过程中pH值会逐渐增大，此时应该考虑设备金属中铁、铜等不同材质的金属防腐蚀效果，通常将热力系统的水质调节到pH值8.5～9.2范围为最佳，此时能够保证汽水设备不会被深度腐蚀。
3.3利用保护膜保护锅炉汽水系统金属表面
要在锅炉汽水系统的金属表面碳钢中加入某些合金元素，为其形成耐腐蚀的保护膜。因为锅炉在经过酸洗以后，在高温纯水环境下会形成致密的氧化薄膜，该保护膜质量较好，它利用给水系统中所加入的H2O2为设备金属表面形成以一层中性保护膜，能够起到较强的防腐作用。
3.4适当减少应力腐蚀
要合理设计锅炉给水系统，保持设备的正常启停工况，必要时做到对炉水中敏感成分所造成影响的有效消除。可以通过审查锅炉汽水系统设计过程中所忽略的受热膨胀因素来看其是否产生了较大应力。如果锅炉启停次数过多，其水中的含氧量就会提高，容易引发设备的点蚀，而点蚀集中更会引发应力集中，所以在启停锅炉过程中要考虑它的交变应力作用，尽量减少对锅炉的启停，减少产生腐蚀疲劳裂纹。
3.5基于热负荷强度要求水质
由于高温高压管道管壁存在热传递现象，这也是锅炉汽水系统在蒸发过程中的腐蚀本质原因。由于在设备运行过程中这一热传递会直接影响到水冷壁管沉积物的形成速度及管壁的温度状态，因此需要对锅炉炉水进行质量严控。例如可以通过混凝、沉淀或过滤处理方法来对炉水中的悬浮物含量进行预处理，保证其悬浮物含量<5mg/l，同时要去除炉水中所存在的部分胶体物质，必要时也可以考虑直接更换水源。
结论
除上述对电站锅炉汽水系统FAC的有效治理外，电站本身也要在日常锅炉维护管理中面对来自于气体腐蚀、酸碱腐蚀以及应力腐蚀等等的威胁，调节水中pH值、减少应力腐蚀、控制热负荷强度、优化水质等等防腐保证工作，为电站锅炉长期稳定运行创造有利环境。
参考文献
[1]郭喜燕，杨勇平，宋之平.锅炉汽水系统动态过程仿真[J].工程热物理学报，2016（S1）：5-8.
[2]于荣生，孙万云.火电厂锅炉汽水系统的模块化建模与仿真[J].华北电力技术，2016（05）：22-26.
[3]李永华，李玉辉.现行汽包锅炉汽水系统分析[J].锅炉技术，2016（06）：27-30+45.
[4]毛晓飞，任挺进.余热锅炉汽水系统动态数学模型及仿真[J].锅炉技术，2015（02）：4-8+28.
[5]嵇婷.自然循环锅炉汽水系统模拟与参数估计[D].浙江大学，2013.