一起由煮炉引起的水冷壁爆管事故

张永锋　吴文虎　王亢亢

摘 要：针对一台新锅炉运行2个月后的水冷壁爆管事故，对爆管部位结构、使用情况、和水冷壁管的检验情况进行分析，找到了爆管的原因并提出了相应的解决方法。

关键词：煮炉；碱腐蚀；水冷壁爆管；分析及处理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.064

0 前言

一台新安装锅炉在运行不到2个月后，发生爆管事故。该锅炉为DZL10-1.6-AII型新型水火管锅炉。两侧布置有翼型烟道，为单回程螺纹烟管结构。

1 事故情况

现场检查发现两侧墙水冷壁发生泄漏，泄漏处为从前向后数左侧第4根，右侧第5根，泄漏点在倾斜管上段。位置示意如图1。

对锅内进行检查，未发现水垢，有沉积的少量锈渣。水质化验结果表明，给水符合要求。测厚结果表明，两侧墙水冷壁向火侧管壁减薄严重。减薄水冷壁管主要集中在从前向后数第1-12根上（1-13根在前、后拱之间，暴露在炉膛的高温区内，从第14根向后的水管，由于后拱遮挡，仅和折转后沿后拱上部向后流动的烟气进行换热）。减薄最严重的水冷壁管为第4、5、6根，测厚最薄处为1.0mm，第12根为2.8mm，从第13根向后的水管测厚值在2.9-3.1mm之间（设计为Φ51×3mm）。减薄的水冷壁管内向火面（倾斜段下部）沉积锈渣较多，约2.0mm。减薄的水冷壁管割管检查情况如图2、图3。图中管壁较薄，有凹凸不平腐蚀坑的区域为倾斜管段向火面。

2 原因分析

从检查情况看，爆管事故是由于水冷壁管内壁腐蚀减薄，导致管壁最终承受不住内压而发生的。现场询问相关人员得知，该锅炉在启用前，用氢氧化钠和磷酸三钠进行了煮炉，煮炉后未打开锅炉进行冲洗、清渣，搁置了6天后，投入运行，煮炉碱液也未进行排放。综合上述情况，我们认为该锅炉在使用时间较短的情况发生腐蚀泄漏，应该是介质浓缩腐蚀所致。

介质浓缩腐蚀的主要特征如下：

（1）主要发生在水冷壁有局部浓缩的地方，也就是沉积物下面、缝隙内部。（2）热负荷较高的地方。（3）腐蚀速度较快，一般为1.5～5.0毫米/年。介质浓缩腐蚀分为酸腐蚀和碱腐蚀，其中酸腐蚀常发生在比较致密的沉积物下面，其反应为：

阳极反应： Fe→Fe2++2e 阴极反应：2H++2e→2H

由于阴极反应在金属表面进行，所产生的氢有一部分扩散到钢中，产生氢脆，引起金属机械性能、金相组织的变化，会出现脱碳现象。对泄漏区域的水冷壁管内外壁进行的金相分析表明，其组织为珠光体+铁素体，无异常，也没有脱碳现象，排除了酸腐蚀的可能。因此我们认为水冷壁管的减薄是由于碱腐蚀造成的。碱腐蚀常发生在多孔沉积物下面。爆口附近有凹凸不平的腐蚀坑，坑下金属的金相组织和机械性能都没有改变，符合本次爆管的特征。具体分析如下：

由于煮炉后，锈渣脱落，沉积在水冷壁倾斜管段上，而煮炉的水未排放，使锅水PH值较高。当受热较强时，沉积的锈渣下锅水被不断浓缩，使锈渣下水的PH值进一步升高。形成高浓度的NaOH。

当PH值在10-12之间时，钢的腐蚀速度最小，此时会在钢的表明生成的致密的Fe3O4保护膜，从而减低钢的腐蚀。但当PH>13时，会发生如下反应：Fe3O4+4NaOH→2NaFeO2+Na2FeO2+2H20

上述反应的发生使生成的Fe3O4保护膜被破坏，而生成的产生NaFeO2和Na2FeO2在PH较高的情况下是可溶的，从而使金属裸露在高浓度的锅水中，发生碱腐蚀，反应如下：

阳极反应： 3Fe→3 Fe2++6e 阴极反应：6H20+6e→6OH-+6H

生成的3Fe2++6OH-→Fe3O4+2H20+2H

由于反应产物Fe3O4不能形成保护膜，腐蚀反应继续下去。氢是在氧化物和锅水界面上析出，很快被锅水带走，所以不会扩散到金属中去，因此不会形成氢脆，出现脱碳现象。水冷壁管最终因腐蚀而不断减薄。由于第4、5、6根水冷壁管受热最强，因此运行时，其热负荷较高的区域腐蚀速度最快，最终因管壁腐蚀减薄承受不住内压而爆破、泄漏。

3 处理情况

对减薄严重的水冷壁管进行更换。为避免出现碱性腐蚀，对未更换的水冷壁管和对流管用高压水进行冲洗，清除沉积的锈渣。运行中，严格按水质标准控制锅水的PH，避免酸性和碱性腐蚀的出现。

4 经验教训

锅炉煮炉是为了为清除锅炉在制造、运输、存放及安装时所形成的锈蚀及油垢。煮炉应按技术要求进行；煮炉后，应放掉锅水，清理锅筒、集箱、水管内的积渣，并冲洗与药液接触过的阀门，检查排污阀是否堵塞等。如果应用不当，不按技术要求进行，不仅达不到煮炉的效果，还可能使锅炉产生事故隐患。

参考文献：

[1]龚洵洁.热力设备的腐蚀与防护[M].北京：中国电力出版社，1998.