燃气-蒸汽联合循环机组HRSG低压省煤器爆管原因分析和预防办法

燃气-蒸汽联合循环机组HRSG低压省煤器爆管原因分析和预防办法

胡嘉靖

广东惠州天然气发电有限公司广东惠州516082

摘要：随着燃气-蒸汽联合循环发电机组的发展，余热锅炉得到了广泛的应用，但是随着机组的运行时间延长，锅炉出现了应力腐蚀，省煤器爆管现象，本文就低温腐蚀的机理进行分析，找到了低压省煤器低温腐蚀的原因和预防办法。

关键词：HRSG；省煤器；爆管；低温腐蚀；硝酸盐。

1问题出现

某电厂#2余热锅炉相继出现#6模块低压省煤器1爆裂现象，低压省煤器1的爆管位置不规则，爆口宏观检查未发现结垢现象，管壁厚度均匀，未发现明显胀粗现象，宏观裂纹呈枯树枝状，断口为脆性断口，断口表面无金属光泽，呈褐色，断口已明显氧化或者腐蚀，存在明显的应力台阶，爆管的形状见图1，低压省煤器1鳍片管规格是φ50.8×3，材质：SA-210A1（相当于20G）。

图1

2样品理化分析

1)化学成分，C含量严重偏低，见表一

3)样品的金相组织为铁素体＋珠光体，珠光体含量偏少，裂纹均为沿晶裂纹。

3应力腐蚀机理

金属在拉应力和特定的介质共同作用下，经过一段时间后，所产生的低应力脆断现象。称为应力腐蚀断裂（StressCorrosionCracking,SCC）。

拉应力、特定化学介质和金属材料是产生应力腐蚀开裂的三个条件。

⑴拉应力：包括残余应力和工作应力。焊接、热处理、装配和运行过程中产生的。产生应力腐蚀开裂的应力一般并不需要很大。

⑵化学介质：指特定化学介质。如果没有拉应力的共同作用，材料在这种介质中的腐蚀速度很慢。也就是说，每种材料只对某种介质敏感，这种介质可能对其它材料没有明显的作用。

⑶金属材料：钢中在含碳量在0.12％左右时，应力腐蚀敏感性最大。

应力腐蚀的宏观特征：

⑴金属构件无明显塑性变形，

⑵断口的微观形貌一般为沿晶断裂。

⑶应力腐蚀的显微裂纹有分叉现象，呈枯树枝状，表明应力腐蚀时，有一主裂纹扩展较快，其它分枝扩展较慢。

(4)断面一般失去金属光泽，往往有腐蚀痕迹。

硝酸盐应力腐蚀机理：

晶体硝酸铵倾向于沉积在较冷的区域的HRSG。如果金属温度低于露点。冷凝水将溶解析出的硝酸铵，从而在钢管表面形成的硝酸盐应力腐蚀。碳钢在硝酸盐溶液中的应力腐蚀开裂是阳极溶解为主的机理,腐蚀总的反应为：

10Fe+6NO+3HO→5FeO+6OH+3N

这实际上是一个电化学过程,腐蚀环境促使阳极区

铁的迅速溶解，应力一方面对保护膜产生破坏作用,另一方面在裂纹尖端产生应力集中，加速了这种腐蚀破坏的进行。实验中还发现，在硝酸铵溶液中试样表面形成黑色Fe3O4和Fe2O3薄膜，用电子显微镜观察发现这种薄膜比较致密，对基体有一定的保护性碳钢要在硝酸铵溶液中产生应力腐蚀开裂，首先要使这种薄膜受到破坏，然后才能使基体发生阳极溶解，产生裂纹达到开裂，硝酸铵应力腐蚀开裂属于沿晶裂纹型。硝酸盐应力腐蚀开裂属于沿晶开裂型是由于材料的钝化膜在应力作用下受到破坏后，晶界的钝化弱，晶内再钝化速度快而晶界再钝化慢，所以开裂是以沿晶应力腐蚀开裂形式扩展的，这种情况下的断裂，我们也叫做“硝脆”，图3是硝酸铵腐蚀的显微组织。

图3

4HRSG低压省煤器爆管原因分析

1)根据有关文献介绍，空气中存在一定的铵离子，浓度达到了0.08毫克/立方米，燃气轮机排气中存在大量硝酸根离子，硝酸根离子同铵离子结合形成了硝酸铵。

2)燃气-蒸汽联合循环机组在冷态启动阶段，再循环泵出口水温较低，一般低于正常运行的55°C，这样烟气就会可能会在低压省煤器1管子上结露，在金属表面形成一定浓度的硝酸铵溶液。

3)对比图2和图3，两张微观图片有着类似的情况，裂纹的扩展成树枝状，且无规律。

4)根据现场爆管对比应力腐蚀宏观特征的比较符合。

5HRSG硝酸盐腐蚀预防办法

由于锅炉已投入运行，我们按照投产后的机组进行预防，只有考虑提高低压省煤器1的工质温度，

(1)由于只有冷态启动的时候，烟气才会低于其露点，这样就要求机组尽量减少冷态启动。

(2)提高低压省煤器1入口再循环温度，可以考虑从其他系统的工质伴热低压省煤器1，或者是外接其他蒸汽源，这个可以作为一个技改或者课题来研究。

(3)从空气进气来考虑，去除空气中的铵离子，比如空气过滤器滤芯滤掉氨离子，这个也可以作为一个课题来研究。

总之，我们要找到一个比较经济、简单、有效的方案来解决硝酸盐的低温腐蚀。

由于硝酸铵应力腐蚀是一个比较漫长的过程，一般需要几年的时间，我们一定要重视，一旦达到一定时间后，就会出现大面积爆管，无法修复处理，只有全面更换鳍片管，由于余热锅炉的设计特点，换管会给我们带来非常大的工作量。目前该公司#1机组和#2机组上次换管是2009年，大约时间是3年左右，现在又到了3年的时间，有可能会再次出现爆管的可能。

参考文献

应波李淑敏等离子色谱法测定空气中的氨

气中国卫生检验杂志。

李明陈华低碳钢及焊缝硝酸盐露点腐蚀开裂研究防腐科学与防腐技术。

张霞残余应力产生与对腐蚀开裂影响佳木斯大学学报。