一起余热锅炉前水冷壁管泄漏的试验分析

董自谦，孙嘉欣

(哈尔滨锅炉厂有限责任公司，哈尔滨 150046)

0 引 言

能源的短缺是目前全世界面临的一项严重考验，在此大背景下，节能减排方面优势明显的余热炉在国内发展速度迅猛，余热锅炉[1]具有换热效率高、排烟温度低、烟气氮氧化合物少等诸多节能环保优越性。针对某余热锅炉项目水冷壁泄漏样品进行试验分析[2]，确定失效原因，为后续返修及事故预防提供技术支持。

1 样品信息

失效样品取自余热锅炉前水冷壁，标高约31 m处管屏向火面，管子向火面存在销钉，销钉外部挂有浇注料。泄漏的管子材质为20 G[3]，规格为φ60×5 mm，销钉材质为20[4]。现场泄漏处照片见图1。

图1 泄漏现场照片

2 试验分析

2.1 宏观检查

通过宏观观察可知，送检样管整体平直，没有明显的外径胀粗现象。样管背火面管壁无明显减薄现象；表面均光滑无明显腐蚀现象。样管向火面表面焊有销钉，销钉截距为50 mm。样管向火面样管左侧约100 mm存在一处泄漏爆口，按照截距推测，爆口处应存在销钉。爆口边缘呈刀片状，存在明显减薄，爆口附近无覆盖物，存在明显的吹损现象。样管向火侧右半部分表面呈黄色，个别销钉位置挂有浇注料，表面呈灰色。样管右侧约60 mm存在明显的腐蚀坑，测量腐蚀坑处最小壁厚约为2.8 mm。爆口局部放大图见图2。

图2 爆口局部放大图

2.2 化学成分分析

采用直读光谱仪对试样2132-1进行化学成分分析，检测结果(质量分数)见表1，样管的化学成分满足GB/T 5310—2017对20G材质的要求。

表1 化学成分分析结果

2.3 硬度试验

对试样2132-1进行布氏硬度检验，检测结果见表2，样管的硬度满足GB/T 5310—2017标准中对20 G材质的要求。

表2 布氏硬度检测结果

2.4 室温拉伸试验

对试样2132-3进行室温拉伸试验[5]，检测结果见表3，样管的室温拉伸试验结果满足GB/T 5310—2017标准中对20G材质的要求。

表3 室温拉伸检测结果

2.5 金相分析

对试样2132-2和2132-4进行粗磨、细磨和抛光后，对抛光后的试样采用4%硝酸酒精溶液对试样进行腐蚀，分别观察腐蚀后试样的显微组织[6]，如图3和图4所示。由金相照片可以看出样管的向火面和背火面显微组织均为铁素体+珠光体，晶粒度9.0级，焊缝显微组织为珠光体+铁素体，熔合线熔合良好，焊缝内未发现明显焊接缺陷。螺柱显微组织均为铁素体+珠光体，晶粒度8.5级。钢管向火面局部产生了腐蚀，腐蚀产物分为两层，外层较为疏松，内层较为致密。爆口边缘吹损处及螺柱吹损处有大量被磨损的非完整晶粒。

图3 试样2132-2显微组织

图4 试样2132-4显微组织

2.6 SEM/EDS分析

对试样2132-4采用扫描电子显微镜进行SEM观察，采用能谱仪进行选区能谱分析，观测位置为管子纵截面外表面区域。能谱分析位置和衍射图如图5所示。

图5 2132-4试样向火侧腐蚀内层能谱检测位置和衍射图

图5(b)中，横坐标为能量(电子结合能)，单位为keV；纵坐标为信号强度，单位为cps/eV(光子计数量每秒与电子伏特的比值)。能谱分析结果见表4。

表4 2132-4试样能谱检测结果

通过对2132-4样管进行SEM/EDS分析可知，样管向火侧内层腐蚀产物主要含有较多Fe、O、C、Cl、Si等元素，推测内层腐蚀产物主要为Fe的氧化物，并含有少量的Cl。样管向火侧外层腐蚀产物主要含有O、Ca、S、Cr、Fe、Ti、K、Na、Cl、Mg、Si等元素，推测其主要为Fe的氧化物、硫酸盐、硅酸盐等，并含有少量Ca和碱金属的氧化物。

3 结 语

综上所述，余热锅炉在运行中高温腐蚀导致水冷壁管壁减薄，当壁厚减薄到一定程度时发生泄漏。

锅炉运行要特别注意入炉燃料和烟气的挥发分含量及含硫量等参数，选用含硫量低的燃料，控制燃料细度，优化炉内空气动力场，结合运行情况对易发生高温腐蚀的部位采用涂层防护，可以控制水冷壁高温腐蚀问题。