一臺垃圾焚燒鍋爐低溫過熱器管爆管原因分析及建議

宋劍華

（紹興市特種設(shè)備檢測院，浙江 紹興 312071）

低溫過熱器管作為電站鍋爐的重要部件，運行過程中管內(nèi)承受高溫高壓，管外承受煙氣沖蝕，鍋爐低溫過熱器管的可靠性直接關(guān)系到電廠機組的安全有效運行。某企業(yè)垃圾焚燒鍋爐(型號為SLC400-5.3/450)于2019 年8 月投入使用，2020 年3 月開始出現(xiàn)低溫過熱器管（20G）頻繁爆管，破口處基本為迎風(fēng)面。現(xiàn)場采樣后切取5 個不同腐蝕程度的試樣，通過宏觀檢查、壁厚測定、硬度分析、金相檢驗、掃描電鏡能譜分析等方法對爆管管子外表面腐蝕開裂進行了試驗分析。

1 試驗分析

1.1 宏觀形貌

爆管處宏觀檢查：破口位于低溫過熱器管迎風(fēng)面，破口張口較大，邊緣較為鋒利，無漲粗現(xiàn)象，破口周圍壁厚減薄嚴重，破口另一側(cè)壁厚基本正常，有明顯的韌性斷裂特征。爆管管子及切取的5 個試樣（外表面已局部打磨）見圖1、圖2。

1.2 壁厚測定

對切取的5 個試樣進行壁厚測定，測定結(jié)果見表1。

1.3 硬度分析

對1#～5#試樣已打磨處進行硬度分析，分析測定部位包括了試樣整個壁厚分布，結(jié)果見表2。

圖1 爆管管子（切取試樣后）

圖2 切取的5個試樣（1#～5#）

表1 低溫過熱器管試樣測定結(jié)果

表2 水冷壁管硬度檢測結(jié)果（HB）

硬度分析結(jié)果表明，1#～5#試樣硬度值符合DL/T 438-2016《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督》中對20G 的參考值（120～160HB）。

1.4 金相檢驗

對1#～5#試樣外表面打磨、拋光、4%硝酸酒精溶液腐蝕，金相組織形態(tài)見圖3 ～7。

圖3 1#試樣外表面400×

圖4 2#試樣外表面400×

圖5 3#試樣外表面400×

圖6 4#試樣外表面400×

圖7 5#試樣外表面400×

圖3 ～7 可以看出，5 個試樣基體組織為鐵素體+珠光體，珠光體局部2.5 級球化，其他未見明顯異常。

1.5 掃描電鏡能譜分析

對1#～5#試樣外表面進行掃描電鏡觀察，腐蝕產(chǎn)物形貌見圖8，局部腐蝕產(chǎn)物堆積，呈疏松狀。對1#～5#試樣外表面腐蝕產(chǎn)物進行能譜分析，結(jié)果基本一致。這里選取1#試樣進行分析，選取的6 個能譜點分析區(qū)域見圖8，6 個能譜點的譜圖元素種類和譜峰分布基本相同見圖9。各元素重量百分比歸一化處理結(jié)果見表3。

圖8 1#試樣外表面腐蝕產(chǎn)物形貌

圖9 譜圖元素種類和譜峰分布

表3 各元素重量百分比歸一化處理

可以得出外表面腐蝕產(chǎn)物中含有鐵、碳、氧、硫、硅、鈣等元素。經(jīng)分析，碳、鐵來自鋼材基體，氧、硫來自鐵的氧化物。

2 原因分析

1#～5#試樣內(nèi)表面無明顯腐蝕現(xiàn)象，外表面均存在腐蝕減薄現(xiàn)象，壁厚測定最薄處僅為1.0mm；硬度分析無異常，金相分析珠光體局部2.5 級球化，其他無異常，腐蝕產(chǎn)物能譜分析為鐵的氧化物。根據(jù)該垃圾焚燒爐鍋爐環(huán)境保護驗收監(jiān)測報告，鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣中含有大量的二氧化硫、氮氧化物等酸性氣體，加上該鍋爐的吹灰方式為蒸汽吹灰（飽和蒸汽），從而在鍋爐內(nèi)部產(chǎn)生了酸性環(huán)境，使管子外表面發(fā)生酸性腐蝕，加上煙氣沖蝕，最終導(dǎo)致管子壁厚減薄強度不足而爆管。

3 預(yù)防及改進措施

3.1 加強運行巡檢

運行人員在巡檢時應(yīng)仔細進行巡檢，及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場存在的問題，在低溫過熱器爆管后及時監(jiān)控進出煙溫，進出蒸汽溫度及汽水流量差，防止事故的擴大化。

3.2 更換吹灰系統(tǒng)

該鍋爐發(fā)生低溫過熱器管爆管后，使用單位通過停用蒸汽吹灰系統(tǒng)改后，得到了較好的效果，由此我們可以通過更換吹灰系統(tǒng)大大減少低溫過熱器管的酸性腐蝕及沖蝕，延長管子的使用壽命。

3.3 加裝不銹鋼防磨護瓦

針對管子外表面（迎風(fēng)面）發(fā)生的酸性腐蝕及煙氣沖蝕，我們可以在低溫過熱器管迎風(fēng)面加裝不銹鋼防磨護瓦。防磨護瓦耐高溫和耐腐蝕的特性，保護了低溫過熱器管，延長了管子的使用壽命。