1 前言
加熱爐是目前氣田集輸系統(tǒng)中應(yīng)用較廣的天然氣換熱設(shè)備，其主要作用是防止天然氣集輸過程中形成水合物堵塞管道。在加熱爐的使用中，雖然我作業(yè)區(qū)已使用軟化水作為鍋爐用水，但由于沒有可靠的除氧措施，水中的氧和二氧化碳均處飽和狀態(tài)，極易形成電化學(xué)腐蝕，加之加熱爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜、爐體封閉、基層員工防腐保養(yǎng)知識有限，在日常的鍋爐檢測和維護(hù)中，我們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)鍋爐都存在大小不等的電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，對鍋爐的安全構(gòu)成了威脅。因此，如何有效防止或減輕腐蝕問題顯得尤為重要。
2 加熱爐使用現(xiàn)狀
大慶油田采氣分公司第二作業(yè)區(qū)目前加熱爐使用情況為：使用年限在1-4年的有14臺，5-8年的有17臺，9年以上的5臺。
升深2-1區(qū)塊的升深1、升深2集氣站的換熱鍋爐因介質(zhì)、沖蝕、CO2、CL-等多種原因腐蝕，頻繁出現(xiàn)盤管泄露問題，如2010-2011年升深2-5井、升深2-25井、升深2-17井的換熱鍋爐盤管分別出現(xiàn)泄露現(xiàn)象，嚴(yán)重影響正常安全生產(chǎn)。
因此2010年對升深1集氣站被腐蝕泄露2號加熱爐進(jìn)行了解剖，表現(xiàn)為盤管外部腐蝕，形態(tài)為腐蝕凹坑，最大蝕坑深度超過3mm，局部腐蝕對盤管強(qiáng)度削弱明顯，存在嚴(yán)重安全隱患。
我們在夏季停產(chǎn)檢修時對第二作業(yè)區(qū)在用的36臺加熱爐進(jìn)行仔細(xì)排查，結(jié)合歷年腐蝕檢測結(jié)果得出加熱爐腐蝕情況如下表1所示：
3 腐蝕產(chǎn)生機(jī)理
由于鍋爐是一種有極性的電解質(zhì)，在水的極性分子的吸引下，鋼材表面的一部分鐵原子開始移入鍋爐水而成為帶正電的鐵離子，而鋼材上保留多余的電子帶負(fù)電荷。若鐵離子不斷進(jìn)入鍋爐水，則使鋼板（管）上逐漸出現(xiàn)坑洞，產(chǎn)生腐蝕。其化學(xué)反應(yīng)：
Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2↑
2H2+O2=2H2O
4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3↓
另外氧腐蝕速度與水中含氧量成正比。由于溶解氧本身是陰極去極化劑，
即：O2+4e+2H2O=4OH-
對金屬的危害十分嚴(yán)重；而二氧化碳在水溶液中呈酸性，直接破壞金屬表面保護(hù)膜，加速了氧對金屬的電化學(xué)腐蝕。
在鍋爐用水中，堿性成分主要由HCO3的鹽類[如Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2]組成，這些重碳酸鹽（暫時硬度）在鍋爐中經(jīng)過一系列的變化，在水中產(chǎn)生二氧化碳和碳酸，從而引起鍋爐內(nèi)表面腐蝕。特別是在使用過程中補(bǔ)入的新水不進(jìn)行處理，直接送入鍋爐，在鍋爐內(nèi)被加熱的過程中，重碳酸鹽被分解，產(chǎn)生沉淀物，即：
Ca（HCO3）2→CaCO3↓+H2O+CO2↑
Mg（HCO3）2→Mg（OH）2↓+2CO2↑
產(chǎn)生的沉淀物粘附于鍋爐及管道的內(nèi)加熱表面，形成堅硬的水垢。CO2溶解于水，形成碳酸，而碳酸與鐵進(jìn)行反應(yīng)，即：
CO2+ H2O→H2CO3→H++HCO3-
Fe+2H2O+CO2=Fe（HCO3）2+H2↑
生成的重碳酸鐵[Fe（HCO3）2]對鍋爐產(chǎn)生腐蝕。換句話說，只要水中存在CO2，腐蝕鐵的反應(yīng)就會一直進(jìn)行下去，直到CO2消耗完為止。
重碳酸鐵[Fe（HCO3）2]溶解于水。如果水中不存在O2，那么，F(xiàn)e（HCO3）2以溶解液狀態(tài)被加熱分解，產(chǎn)生沉淀物——Fe2O3（紅銹），它是松散的水渣，通過排污排掉。這種腐蝕的特點(diǎn)是內(nèi)表面腐蝕均勻。如果水中存在O2，那么O2就和Fe（HCO3）2反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳即：
4Fe（HCO3）2]+O2+2H2O→4 Fe（OH）3↓+8CO2
Fe（OH）3又與水溶液中的Fe（OH）2相互碰撞后生成Fe3O4（黑銹）保護(hù)膜。
新產(chǎn)生的CO2又變?yōu)樘妓?，破壞保護(hù)膜，腐蝕內(nèi)表面。反應(yīng)反復(fù)進(jìn)行，直到O2全部消耗完為止。所以，即使存在少量的O2，也明顯加快了腐蝕進(jìn)程。
4.1 一是大量補(bǔ)入的鍋爐用水未采用除氧方式
鍋爐由于換熱量大，需要大量均衡連續(xù)的給水，當(dāng)補(bǔ)給水中含有雜質(zhì)，水中的重碳酸鹽在爐內(nèi)加熱的過程中產(chǎn)生二氧化碳；或在直接補(bǔ)入生水的過程中，即補(bǔ)進(jìn)了溶解氧，對鍋爐金屬壁面產(chǎn)生腐蝕。
4.2 PH值過低，加速了金屬壁腐蝕
我國GB1576《低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中詳細(xì)說明，當(dāng)鍋爐用水PH=9.5～11時，金屬具有堅硬的氧化保護(hù)層，可大大減緩腐蝕，甚至避免腐蝕情況的發(fā)生。但是當(dāng)PH值<7時，氧分子、氫離子、氯離子等作為腐蝕介質(zhì)都很活躍，由于水中氧分子、氫離子、氯離子的存在，就使鍋爐受熱面產(chǎn)生了腐蝕。同時二氧化碳溶于水也會降低PH值。
夏季檢修期間我們對第二作業(yè)區(qū)的在用36臺鍋爐內(nèi)的爐水進(jìn)行PH值檢測，得出結(jié)果如下表2所示：
以升1號集氣站的1號加熱爐為例，我們分別對進(jìn)爐的軟化水和集氣站的生活用水進(jìn)行PH值測試，得出結(jié)果分別為11.5和6.1，后經(jīng)過一段時間使用后向鍋爐補(bǔ)入普通生活用水，再測試其PH值為8.3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于GB1576《低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的PH=9.5～11，所以實驗證明，在日常補(bǔ)水過程中的確存在PH值降低的現(xiàn)象發(fā)生，PH值過低，腐蝕介質(zhì)活躍，鍋爐腐蝕確實存在。4.3 水溫的影響
爐水的溫度高，鋼材表面溫度也高，則Fe2+在水溶液中的擴(kuò)散速度加快，電解質(zhì)水溶液的電阻降低。由于氧腐蝕的基本原理是靠擴(kuò)散，擴(kuò)散速度愈快，氧腐蝕速度越快。對于鍋爐來說，腐蝕速度隨著水溫的升高，局部腐蝕的程度明顯提高，我們以冬季生產(chǎn)期為例，鍋爐換熱時水溫一般控制在75℃—90℃之間，對照溫度與腐蝕率關(guān)系曲線，我們可以看出在這個溫度區(qū)間內(nèi)是腐蝕的高發(fā)區(qū)，但是這種由于溫度造成的腐蝕是不可避免的。
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