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技術文章

鍋爐省煤器管穿孔原因分析
馬燕勤,李佟年,游　菊
(上海市鍋爐壓力容器檢驗所,上海 200062)
摘　要:某型號為KCTK35/402100鍋爐省煤器,在運行兩年多時間內發生多次爆管事故。采用化學分析、金相檢驗及掃描電鏡等分析方法對鍋爐省煤器穿孔漏水原因進行了分析。結果表明,省煤器管內外壁共同腐蝕是引起其快速穿孔的原因,內壁產生了溶解氧腐蝕,外壁產生了氧化腐蝕及硫腐蝕。

關鍵詞:省煤器管;溶解氧腐蝕;氧化腐蝕;硫腐蝕

　　某單位一臺KCTK35/402100鍋爐于1994年底投入運行,在運行兩年多時間內省煤器管發生多次爆管漏水事故。1996年該鍋爐第三層省煤器管發生漏水現象,在恢復運行了兩個月后**層省煤器管又出現漏水現象。該鍋爐工作壓力3.9MPa;蒸發量3.5t/h;省煤器管材料為20g鋼,規格為<28mm×3mm。為防止類似事故重復發生,對**層省煤器管穿孔原因進行了分析研究。

1　理化檢驗

1.1　宏觀檢驗

穿孔管段位于省煤器下部,其管外壁氧化皮呈片狀剝落,在穿孔附近剝落更為嚴重,見圖1。管內壁存在較多大小及深度不一的圓形腐蝕斑及腐蝕凹坑,腐蝕凹坑的尺寸一般為<5mm×1.2mm～<1.5mm×0.3mm,凹坑內有黑色腐蝕產物;除此之外,管內壁上還存在大小不等的圓形腐蝕鼓包,直徑為1～5mm,鼓包表面呈現磚紅色,其內有黑色粉末狀物,剝去鼓包可見到一潰瘍坑,坑內堆著黑色腐蝕產物,且腐蝕產物越多,腐蝕坑就越深,穿孔管段內壁形貌見圖2。

   在穿孔處及穿孔附近其管子壁厚都有減薄現象,*厚為2mm,減薄了1mm;在穿孔處壁厚僅為0.2mm,減薄了2.8mm;在內壁腐蝕不很嚴重處,其壁厚也有減薄現象,表明該處壁厚減薄是由于外壁腐蝕而引起的,見圖3。整段管子內壁水垢均很薄,水垢厚約為0.5mm。
                                                            
1.2　化學成分分析

在穿孔管上取樣進行化學成分分析(質量分數),結果列于表1。可見,該穿孔管化學成分符合GB/T699-1998標準中20g鋼的技術要求。

1.3　金相檢驗

在穿孔部位截取縱向及橫向試樣,經磨制、拋光,在光學顯微鏡下觀察,該管子材料非金屬夾雜物按GB/T10561-1989《鋼中非金屬夾雜物顯微評定方法》標準評定為A1和D1(總量為2級);橫截面試樣經4%硝酸酒精溶液侵蝕后觀察,管內壁有腐蝕凹坑,凹坑內充滿灰黑色氧化物,見圖4;穿孔管子顯微組織為鐵素體+呈片狀的珠光體,見圖5。

1.4　掃描電鏡及能譜分析

用PHILIPS公司XL230掃描電鏡(SEM)及DX24X射線能譜色散譜(EDS)分別對穿孔處內外壁不同區域進行觀察。穿孔管內壁腐蝕鼓包處及腐蝕凹坑處經能譜分析含較多的氧,電鏡觀察到的腐蝕產物為氧化物,表明管子內壁發生了氧腐蝕。圖6為腐蝕鼓包形貌,圖7為腐蝕凹坑處腐蝕產物的形貌。

在穿孔管外壁檢測到較多的氧和硫,其腐蝕產物的電鏡形貌見圖8,表明管子外壁受到氧和硫的腐蝕。各區域的能譜分析結果列于表2。

2　結果分析

(1)化學成分分析結果表明,省煤器管材料符合GB/T699-1998中20g鋼的規定要求。

(2)金相檢驗結果表明,穿孔管材料中夾雜物含量不高,其顯微組織正常。

(3)穿孔管內壁水垢很薄,可判定該鍋爐給水硬度合格。

(4)穿孔管內壁存在較多大小不等的紅褐色鼓包,且其內有黑色粉狀物,剝去鼓包則呈現一潰瘍坑,這些是氧腐蝕的宏觀特征。金相檢驗及掃描電鏡也都觀察到了氧化物腐蝕產物。能譜分析結果表明,腐蝕鼓包及腐蝕凹坑處均含較多的氧,這也說明穿孔管內壁發生了較嚴重的氧腐蝕,表明了給水除氧處理**。經調查,在運行過程中,除氧設備曾發生過故障,因未能及時修理導致了除氧**。

(5)在穿孔管外壁檢測到較多的氧和硫,掃描電鏡也觀察到各種形態的腐蝕產物,表明了管子減薄處外壁產生了氧化腐蝕和硫腐蝕。經調查,上層省煤器曾數次發生爆管漏水現象,致使管內爐水大量噴射到下部爐管上,由于管子溫度較高,遇到爐水后會發生強烈氧化腐蝕,形成大量氧化皮剝落。硫腐蝕的產生是由于煙氣中含有一定量的SO2和SO3,在正常狀態下,氣態的SO2和SO3在不很高的溫度下對金屬不產生腐蝕作用,但如果SO2和SO3遇到水就會生成弱的亞硫酸和硫酸,它們對金屬有腐蝕作用。由于上層省煤器泄漏水條件的存在,極易發生硫腐蝕。另外,當省煤器溫度較低時,煙氣中的水蒸氣如果凝結成水,也會與煙氣中的SO2和SO3結合生成弱的亞硫酸和硫酸,并凝聚在省煤器管外表面,使其受到硫腐蝕,這種硫腐蝕通常發生在煙氣溫度低于“露點”時。據有關資料介紹,煙氣中SO2和SO3含量越高,則露點溫度越高,無SO3的煙氣,露點約為50℃,若煙氣中含有少量SO3,就會使露點溫度明顯升高,可達120～160℃,管壁溫度愈低或煙氣的露點溫度越高,則愈易發生硫的低溫腐蝕。

3　結論

該省煤器管在外壁受到嚴重氧化腐蝕和硫腐蝕的同時,給水中的溶解氧對其內壁也產生腐蝕,導致其在短時間內穿孔漏水。應該指出的是,外壁的氧化腐蝕為化學腐蝕,而內壁的腐蝕是溶解氧腐蝕,為電化學腐蝕,兩者腐蝕機理不同。

4　預防措施

(1)燃燒脫硫。使用添加劑(如石灰石、白云石等)以吸收或中和煙氣中的SO3,避免結露,從而減少煙氣中的SO3含量,達到控制燃燒的目的。

(2)加強運行管理,切實做好除氧工作。