电厂锅炉水冷壁腐蚀性爆管原因分析及对策

电厂锅炉水冷壁腐蚀性爆管原因分析及对策

马世鑫

华能大庆热电有限公司 , 黑龙江 大庆 163000

摘要：燃煤机组服役环境复杂，燃煤过程中产生的各种腐蚀介质较多。水冷壁作为主要受热部件，易于产生高温腐蚀问题，腐蚀使管壁厚减薄或泄漏，造成巨大的经济损失。本文对电厂锅炉水冷壁腐蚀性爆管原因分析及对策进行分析，以供参考。

关键词：电厂锅炉；水冷壁；腐蚀爆管

引言

电厂锅炉水冷壁管内部的水投入之前，会经过化学处理，防止出现水垢问题，然而从实际的实践成果上来看，即使经过了全面的水体处理，但是依然会由于一些因素的存在，导致在锅炉的长期运行中，逐渐出现内腐蚀现象，因此在具体的处理阶段，必须要能够通过对内腐蚀现象成因的分析之后，建立专业性的管理标准和维修制度。

1故障及炉管缺陷基本情况

某公司两台锅炉炉膛四周由Ф60×6.5mm、节距S=80mm的管子组成膜式壁,材质为20G，炉膛宽11.92m，深度10.8m，高度45m。水冷壁分为上、中、燃烧器区、下四部分，煤粉燃烧器布置高度为14.7~20.2m。前后水冷壁下部管子倾斜50°构成冷灰斗，后水冷壁上部向炉膛内折3m，形成折焰角。前后及两侧水冷壁各4个回路，共形成16路循环回路。

2停炉检查，事故爆管的特点

（1）爆口偏大，发生泄漏后，炉水泄漏量大，现场异音明显，凝汽器补水量急剧升高；（2）爆管高度位置相对一致，皆位于20m左右，处于燃烧器区域，该区域燃烧较为集中、温度较高，区域辐射换热强度高；（3）爆管平面位置相对分散，除甲侧墙外，其他三面炉墙皆有事故炉管，其分布位置基本无规律性。

3电厂锅炉水冷壁管出现内腐蚀缺陷的原因

在金相检查过程中，发现每个试样在内壁和外壁上随机选择一处，落实金相的分析工作，通过样本的具体检测工作，发现在其中两条管道的构造区域，其中存在的局部组织发生了四级完全球化现象，这表明整个结构的强度会大幅度下降，而对于其他的各种管道，经过检查发现，产生的球化反应等级相对较低，但是等级也达到了二级到三级，因此可以发现，从整个管道的运行效果上来看，所有管道都呈现出承力性能下降现象。

4理化检验

4.1能谱分析

对Ａ，Ｂ两个试样内壁垢下腐蚀层进行能谱（ＥＤＳ）分析。可见垢下腐蚀层含有碳、氧、铝、硅、钙、硫、铁等元素。经分析，碳、铁元素来自钢材基体，氧元素来自铁的氧化物，其余元素来自于原水、水处理或酸洗过程，并且两个试样开裂部位和未开裂部位均含有铁的腐蚀产物和氧化物。

4.2金相检验分析

每件试样，在内、外壁各随机选择1处进行了金相分析，经表面金相检测发现B1、B2的试样有局部组织为4级完全球化现象。其他试样检测发现为二级到三级球化。具体为A2、B1、B2、D1检测为二级球化，A1、C1、C2、D2、E1、E2为三级球化。

5追溯调查

(1)缺陷水冷壁的内表面附有大量水垢，且集中于向火侧，背火侧基本光滑；(2)炉管外部形态基本正常，无明显腐蚀特征。坑穴状腐蚀发生于向火侧水垢处，背火侧管内形态良好，无明显缺陷；(3)炉管力学性能正常，有明显结垢特征的炉管皆伴随有球化情况，球化等级不一致。说明炉管内部结垢后，20G管材的导热系数变差，向火侧管壁温度高，结垢严重的炉管金属球化速度加快。

6分析与讨论

氢损伤是指金属中由于含有氢或金属中的某些成分与氢反应，从而使金属材料的力学性能发生改变的现象，其主要表现形式有氢脆、氢腐蚀、氢鼓包等。电站锅炉水冷壁管满足蒸汽管道发生氢腐蚀的条件：蒸汽压力３～１９ＭＰａ，蒸汽温度３１５～５１０℃，且在腐蚀过程中汽水反应能提供足够的原子氢的来源。汽水反应生成的原子氢一部分扩散渗入金属内部，与显微组织珠光体中的碳化物反应生成甲烷，并在组织中形成脱碳层，使金属基体强度下降［３］。较大的甲烷分子聚集于晶界，在晶界上产生极大的内应力而使晶界开裂，在内壁形成沿晶微裂纹，微裂纹由内壁向外壁扩展最终导致脆性开裂。通过金相分析，发现焊缝处的金相组织为晶粒粗大的魏氏组织，而魏氏组织是钢的一种过热缺陷组织[4]，结合焊缝的宏观形貌（存在错口和未焊满），可见焊缝的焊接工艺不当、焊接质量较差；对比纵剖面上不同位置的金相组织球化的状况，可发现距离泄漏口越近，珠光体球化程度越严重，这是由于水垢的导热性能较差，附着在内壁之后，严重影响了热传导，炉水不能很好地冷却管壁，造成局部向火面金属温度升高，形成过热[5]，使得泄漏口附近的管壁金相组织球化等级较高；管子外壁存在密集的向内壁延伸的周向裂纹，裂纹内部存在腐蚀产物，说明裂纹在本次泄漏之前就已存在。

7电厂锅炉水冷壁腐蚀性爆管对策

7.1确保汽水品质稳定达标

提高化学监督管理力度，化验站加强对炉水、给水及其他汽水品质的在线监督工作，严格按照操作标准执行化验步骤，仪表做好保养和定期标定，并由生产技术室每周执行至少3次抽样复检，确保合格的炉水品质。此外，增加锅炉定期排污频次，由以往每周3次定期排污，增加为每周5次，以控制炉水电导稳定达标，减少出现炉水品质不合格而被动调整的情况。

7.2落实金相监督

通常情况下，水冷壁管的设计使用年限为10万小时，但是这并不是意味着一旦超过10万小时，水冷壁管内必然会出现内腐蚀问题和爆管问题，但是要注意的是，超出了设计使用寿命时，出现爆管问题和内腐蚀问题的概率会大幅度增加，同时由于机组的启停操作过程中，也会对水管本身的腐蚀效果造成一定的影响，因此在日常的工作阶段，必须要根据水冷壁管的设置型号、设置标准和使用原则对其进行配置[3]。要求在每次锅炉的检修期间内，需要有计划性对水冷壁管的各类管道进行外观质量检查，重点分析是否存在腐蚀鼓包、裂纹和变形现象。另外要对取得的样本进行金相检查和分析工作，唯有如此才可以进一步分析该水冷壁管在实际的运行过程中，是否存在严重的风险和问题，而当发现存在大面积风险时，则需要立即将其替换。

7.3缺陷部分更换

从取得的解剖结果上来看，水冷壁管中存在大量的水垢，最终会让该区域的管道壁厚参数大幅度下降，从而整个管道内部不具备酸洗条件，另外由于四个炉墙的工作环境处于基本相同状态，因此产生的缺陷也基本相同，所以可以推测的是，即使其他区域并未出现爆管问题，但是在后续运行过程，依然存在较高的爆管问题发生概率，因此为了能够保障该机组的安全运行状态，必须要能够对已经发生腐蚀区域的水冷壁管进行全面性的更换。

结束语

综上所述，水冷壁管发生氢腐蚀，且在腐蚀过程中汽水反应生成的部分原子氢扩散渗入金属内部，与珠光体中的碳化物反应生成甲烷，较大的甲烷分子聚集于晶界而使晶界开裂，在内壁形成沿晶微裂纹，裂纹扩展最终导致水冷壁管发生脆性开裂。

参考文献

[1]曾晶,张超.电厂锅炉水冷壁腐蚀性爆管原因分析及对策[J].冶金动力,2019(09):31-33+36.

[2]王健.电站燃煤锅炉水冷壁高温腐蚀特性研究[D].东南大学,2018.

[3]何玉华.锅炉水冷壁爆管原因分析及解决措施[J].炼油与化工,2018,20(03):27-29+71.

[4]吴超义.锅炉水冷壁高温腐蚀特性试验研究[D].浙江大学,2017.