一起余熱鍋爐前水冷壁管泄漏的試驗分析

董自謙，孫嘉欣

(哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，哈爾濱 150046)

0 引 言

能源的短缺是目前全世界面臨的一項嚴重考驗，在此大背景下，節能減排方面優勢明顯的余熱爐在國內發展速度迅猛，余熱鍋爐[1]具有換熱效率高、排煙溫度低、煙氣氮氧化合物少等諸多節能環保優越性。針對某余熱鍋爐項目水冷壁泄漏樣品進行試驗分析[2]，確定失效原因，為后續返修及事故預防提供技術支持。

1 樣品信息

失效樣品取自余熱鍋爐前水冷壁，標高約31 m處管屏向火面，管子向火面存在銷釘，銷釘外部掛有澆注料。泄漏的管子材質為20 G[3]，規格為φ60×5 mm，銷釘材質為20[4]。現場泄漏處照片見圖1。

圖1 泄漏現場照片

2 試驗分析

2.1 宏觀檢查

通過宏觀觀察可知，送檢樣管整體平直，沒有明顯的外徑脹粗現象。樣管背火面管壁無明顯減薄現象；表面均光滑無明顯腐蝕現象。樣管向火面表面焊有銷釘，銷釘截距為50 mm。樣管向火面樣管左側約100 mm存在一處泄漏爆口，按照截距推測，爆口處應存在銷釘。爆口邊緣呈刀片狀，存在明顯減薄，爆口附近無覆蓋物，存在明顯的吹損現象。樣管向火側右半部分表面呈黃色，個別銷釘位置掛有澆注料，表面呈灰色。樣管右側約60 mm存在明顯的腐蝕坑，測量腐蝕坑處最小壁厚約為2.8 mm。爆口局部放大圖見圖2。

圖2 爆口局部放大圖

2.2 化學成分分析

采用直讀光譜儀對試樣2132-1進行化學成分分析，檢測結果(質量分數)見表1，樣管的化學成分滿足GB/T 5310—2017對20G材質的要求。

表1 化學成分分析結果

2.3 硬度試驗

對試樣2132-1進行布氏硬度檢驗，檢測結果見表2，樣管的硬度滿足GB/T 5310—2017標準中對20 G材質的要求。

表2 布氏硬度檢測結果

2.4 室溫拉伸試驗

對試樣2132-3進行室溫拉伸試驗[5]，檢測結果見表3，樣管的室溫拉伸試驗結果滿足GB/T 5310—2017標準中對20G材質的要求。

表3 室溫拉伸檢測結果

2.5 金相分析

對試樣2132-2和2132-4進行粗磨、細磨和拋光后，對拋光后的試樣采用4%硝酸酒精溶液對試樣進行腐蝕，分別觀察腐蝕后試樣的顯微組織[6]，如圖3和圖4所示。由金相照片可以看出樣管的向火面和背火面顯微組織均為鐵素體+珠光體，晶粒度9.0級，焊縫顯微組織為珠光體+鐵素體，熔合線熔合良好，焊縫內未發現明顯焊接缺陷。螺柱顯微組織均為鐵素體+珠光體，晶粒度8.5級。鋼管向火面局部產生了腐蝕，腐蝕產物分為兩層，外層較為疏松，內層較為致密。爆口邊緣吹損處及螺柱吹損處有大量被磨損的非完整晶粒。

圖3 試樣2132-2顯微組織

圖4 試樣2132-4顯微組織

2.6 SEM/EDS分析

對試樣2132-4采用掃描電子顯微鏡進行SEM觀察，采用能譜儀進行選區能譜分析，觀測位置為管子縱截面外表面區域。能譜分析位置和衍射圖如圖5所示。

圖5 2132-4試樣向火側腐蝕內層能譜檢測位置和衍射圖

圖5(b)中，橫坐標為能量(電子結合能)，單位為keV；縱坐標為信號強度，單位為cps/eV(光子計數量每秒與電子伏特的比值)。能譜分析結果見表4。

表4 2132-4試樣能譜檢測結果

通過對2132-4樣管進行SEM/EDS分析可知，樣管向火側內層腐蝕產物主要含有較多Fe、O、C、Cl、Si等元素，推測內層腐蝕產物主要為Fe的氧化物，并含有少量的Cl。樣管向火側外層腐蝕產物主要含有O、Ca、S、Cr、Fe、Ti、K、Na、Cl、Mg、Si等元素，推測其主要為Fe的氧化物、硫酸鹽、硅酸鹽等，并含有少量Ca和堿金屬的氧化物。

3 結 語

綜上所述，余熱鍋爐在運行中高溫腐蝕導致水冷壁管壁減薄，當壁厚減薄到一定程度時發生泄漏。

鍋爐運行要特別注意入爐燃料和煙氣的揮發分含量及含硫量等參數，選用含硫量低的燃料，控制燃料細度，優化爐內空氣動力場，結合運行情況對易發生高溫腐蝕的部位采用涂層防護，可以控制水冷壁高溫腐蝕問題。