锅炉燃气燃烧器不锈钢喷嘴腐蚀开裂原因分析

刘海亮（福建省锅炉压力容器检验研究院宁德分院，福建 宁德352100）

1 喷嘴腐蚀开裂形貌与取样情况

文章通过实际检测某工厂100t/h燃气锅炉燃烧器不锈钢喷嘴运行情况，得到该工厂所应用的喷嘴材质为ASMESA312TP310S，在长时间的运行过程中，发现锅炉燃气燃烧器不锈钢喷嘴在其弯曲的一侧出现开裂问题，裂纹宽度为20mm，严重降低锅炉燃气燃烧器工作质量，不锈钢喷嘴腐蚀情况如下图1、图2所示。

图1 喷嘴弯管一侧封闭端开裂形貌

图2 喷嘴弯管严重腐蚀部位

在不锈钢喷嘴没有出现裂纹的一侧，割取光谱和拉伸；对于出现腐蚀、开裂区域采取割取金相和端口措施，为后期的对比试验提供对比数据。

2 化学成分分析

为了得到有效锅炉燃气燃烧器不锈钢喷嘴出现腐蚀开裂的原因，需要对出现问题的喷嘴开展化学成分分析工作。在实际检测过程中，检测人员需要严格遵循化学检测标准，并利用固定式全谱直读光谱仪得到准确的喷嘴化学成分。通过分析化学结果，可知该喷嘴的化学材质符合初始标准。

3 机械性能试验

在检测锅炉燃气燃烧器不锈钢喷嘴过程中，还需要开展不锈钢喷嘴机械性能试验。在开展试验前，试验人员要根据检测规范，对不锈钢喷嘴弯管材料进行拉伸试验，其抗拉强度和常温屈服强度符合使用标准，在对出现腐蚀和断裂的弯管进行检测，得到弯管伸长率远远低于正常值；在拉伸试验结束后，不锈钢喷嘴弯管材料没有出现缩颈情况，并且出现开裂的区域展现出脆性断裂特征。

4 金相组织观察

检测人员需要对图1 处出现开裂位置的弯管材料，并对其进行磨制、抛光和侵蚀处理，然后在将其放置到观察镜下，发现该开裂区域的弯管存在着结焦附着物和渗碳层。通过增加显微镜倍数来提高观察系数，再次观察，能够发现弯管内部结焦附着物呈现块状，并以连续网状存在，远离弯管内部的结焦附着物主要以断续链状存在，并且渗碳层出现缩小趋势；结焦附着物内部存在着大量的碳化物物质，如图3所示。通过细致观察，可知越靠近弯管内部碳化物物质的含量就越高，其内部渗碳层的深度对比于外部渗碳层厚度下降，所出现的晶界物质数量降低。对图2出现严重腐蚀情况的弯管进行取样观察，先将弯管外部进行磨制和抛光，然后通过显微镜进行检查，可知弯管严重腐蚀区域的晶界氧化程度较大，并且内部出现大量的碳化物物质；靠近弯管内部区域的形状较为类似，其氧化程度较轻。

图3 开裂部位横截面靠近内壁的金相组织

5 SEM形貌观察及能谱分析

为了得到更加准确的锅炉燃气燃烧器不锈钢喷嘴腐蚀开裂的原因，检测人员还应当将出现腐蚀情况的弯管进行SEM形貌观察，以此得到准确的原因。在实际运行过程中，检测人员需要先对出现严重腐蚀问题的弯管进行取样，然后将其处理后，通过电镜观察，会发现弯管内部存着较多的裂纹和空隙；对其中出现的碳化物析出相和奥氏体集体进行分析，能够发现弯管渗透层的主要由各类元素构成，其中Cr 元素占比为41.5%、基体元素占比为22.8%，而Ni 元素仅占比0.8%、碳化物由于结合晶界物质并消耗大量的Cr 元素，含量较低，占比为1.7%；对碳元素进行能谱分析，可知C元素在弯管基体和碳化物中含有较大的比例；对出现腐蚀和开裂区域的结焦物进行分析，可知其内部含量大量的C 元素、O 元素和Fe 元素。而Cr、Ni 元素占比率都下降到0.5%以下，但是在这其中还检测到有毒物质。

6 分析

通过对100t/h燃气锅炉燃烧器不锈钢喷嘴实际运行情况进行分析，可知其运行过程中，出口温度能达到1300℃，而不锈钢喷嘴处温度不低于850℃，向其中投入的燃料成分主要有甲烷和丙烯、异丁烷等烃类物质。当运行过程中，燃料在锅炉燃烧器内部出现流动不稳定情况后，再加上内部温度分布不均匀，会导致不锈钢喷嘴处受热不同，出现不同程度的结焦情况，高温结焦物会随着气体的流动而聚集到不锈钢喷嘴弯管处，进而会造成不锈钢喷嘴出现腐蚀和开裂问题。

7 结语

综上所述，通过实际分析燃气燃烧器喷嘴开裂情况，可知出现不锈钢喷嘴腐蚀和开裂的原因主要为高温结焦。当出现结焦后，在高温状态下，会出现高温渗碳情况，进而出现喷嘴腐蚀问题。因此在未来锅炉燃气燃烧器发展过程中，需要合理使用燃烧材料，尽可能降低对液体烃类的使用量，并保证气体流动的稳定性，避免不锈钢喷嘴弯道局部过热，从而提高锅炉燃气燃烧器工作质量。