锅炉省煤器管穿孔原因分析

锅炉省煤器管穿孔原因分析［作者：马燕勤,李佟年,游菊发表时间：2007-4-25阅读：65］某单位一台KCTK35/402100锅炉于1994年底投入运行,在运行两年多时间内省煤器管发生多次爆管漏水事故。1996年该锅炉第三层省煤器管发生漏水现象,在恢复运行了两个月后第二层省煤器管又出现漏水现象。该锅炉工作压力3.9MPa;蒸发量3.5t/h;省煤器管材料为20g钢,规格为28mm×3mm。为防止类似事故重复发生,对第二层省煤器管穿孔原因进行了分析研究。1理化检验1.1宏观检验穿孔管段位于省煤器下部,其管外壁氧化皮呈片状剥落,在穿孔附近剥落更为严重,见图1。管内壁存在较多大小及深度不一的圆形腐蚀斑及腐蚀凹坑,腐蚀凹坑的尺寸一般为5mm×1.2mm～1.5mm×0.3mm,凹坑内有黑色腐蚀产物;除此之外,管内壁上还存在大小不等的圆形腐蚀鼓包,直径为1～5mm,鼓包表面呈现砖红色,其内有黑色粉末状物,剥去鼓包可见到一溃疡坑,坑内堆着黑色腐蚀产物,且腐蚀产物越多,腐蚀坑就越深,穿孔管段内壁形貌见图2。在穿孔处及穿孔附近其管子壁厚都有减薄现象,最厚为2mm,减薄了1mm;在穿孔处壁厚仅为0.2mm,减薄了2.8mm;在内壁腐蚀不很严重处,其壁厚也有减薄现象,表明该处壁厚减薄是由于外壁腐蚀而引起的,见图3。整段管子内壁水垢均很薄,水垢厚约为0.5mm。1.2化学成分分析在穿孔管上取样进行化学成分分析(质量分数),结果列于表1。可见,该穿孔管化学成分符合GB/T699-1998标准中20g钢的技术要求。1.3金相检验在穿孔部位截取纵向及横向试样,经磨制、抛光,在光学显微镜下观察,该管子材料非金属夹杂物按GB/T10561-1989《钢中非金属夹杂物显微评定方法》标准评定为A1和D1(总量为2级);横截面试样经4%硝酸酒精溶液侵蚀后观察,管内壁有腐蚀凹坑,凹坑内充满灰黑色氧化物,见图4;穿孔管子显微组织为铁素体+呈片状的珠光体,见图5。1.4扫描电镜及能谱分析用PHILIPS公司XL230扫描电镜(SEM)及DX24X射线能谱色散谱(EDS)分别对穿孔处内外壁不同区域进行观察。穿孔管内壁腐蚀鼓包处及腐蚀凹坑处经能谱分析含较多的氧,电镜观察到的腐蚀产物为氧化物,表明管子内壁发生了氧腐蚀。图6为腐蚀鼓包形貌,图7为腐蚀凹坑处腐蚀产物的形貌。在穿孔管外壁检测到较多的氧和硫,其腐蚀产物的电镜形貌见图8,表明管子外壁受到氧和硫的腐蚀。各区域的能谱分析结果列于表2。2结果分析(1)化学成分分析结果表明,省煤器管材料符合GB/T699-1998中20g钢的规定要求。(2)金相检验结果表明,穿孔管材料中夹杂物含量不高,其显微组织正常。(3)穿孔管内壁水垢很薄,可判定该锅炉给水硬度合格。(4)穿孔管内壁存在较多大小不等的红褐色鼓包,且其内有黑色粉状物,剥去鼓包则呈现一溃疡坑,这些是氧腐蚀的宏观特征。金相检验及扫描电镜也都观察到了氧化物腐蚀产物。能谱分析结果表明,腐蚀鼓包及腐蚀凹坑处均含较多的氧,这也说明穿孔管内壁发生了较严重的氧腐蚀,表明了给水除氧处理不良。经调查,在运行过程中,除氧设备曾发生过故障,因未能及时修理导致了除氧不良。(5)在穿孔管外壁检测到较多的氧和硫,扫描电镜也观察到各种形态的腐蚀产物,表明了管子减薄处外壁产生了氧化腐蚀和硫腐蚀。经调查,上层省煤器曾数次发生爆管漏水现象,致使管内炉水大量喷射到下部炉管上,由于管子温度较高,遇到炉水后会发生强烈氧化腐蚀,形成大量氧化皮剥落。硫腐蚀的产生是由于烟气中含有一定量的SO2和SO3,在正常状态下,气态的SO2和SO3在不很高的温度下对金属不产生腐蚀作用,但如果SO2和SO3遇到水就会生成弱的亚硫酸和硫酸,它们对金属有腐蚀作用。由于上层省煤器泄漏水条件的存在,极易发生硫腐蚀。另外,当省煤器温度较低时,烟气中的水蒸气如果凝结成水,也会与烟气中的SO2和SO3结合生成弱的亚硫酸和硫酸,并凝聚在省煤器管外表面,使其受到硫腐蚀,这种硫腐蚀通常发生在烟气温度低于“露点”时。据有关资料介绍,烟气中SO2和SO3含量越高,则露点温度越高,无SO3的烟气,露点约为50℃,若烟气中含有少量SO3,就会使露点温度明显升高,可达120～160℃,管壁温度愈低或烟气的露点温度越高,则愈易发生硫的低温腐蚀。3结论该省煤器管在外壁受到严重氧化腐蚀和硫腐蚀的同时,给水中的溶解氧对其内壁也产生腐蚀,导致其在短时间内穿孔漏水。应该指出的是,外壁的氧化腐蚀为化学腐蚀,而内壁的腐蚀是溶解氧腐蚀,为电化学腐蚀,两者腐蚀机理不同。4预防措施(1)燃烧脱硫。使用添加剂(如石灰石、白云石等)以吸收或中和烟气中的SO3,避免结露,从而减少烟气中的SO3含量,达到控制燃烧的目的。(2)加强运行管理,切实做好除氧工作。