摘 要:某水電廠鍋爐水冷壁管發(fā)生泄漏,通過宏觀觀察、化學(xué)成分分析、掃描電鏡分析、能譜 分析以及顯微組織觀察等方法,分析了水冷壁管泄漏的原因。結(jié)果表明:水冷壁管發(fā)生泄漏的原因 是高溫?zé)煔庵械母g性介質(zhì)滲入墻體內(nèi)部,導(dǎo)致水冷壁管發(fā)生腐蝕,管壁減薄,最終發(fā)生泄漏。
關(guān)鍵詞:水冷壁管;腐蝕;泄漏
中圖分類號:TG115 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:1001-4012(2021)11-0063-03
充足的電力生產(chǎn)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要保證。 我國炭資源豐富,長期以來從火力發(fā)電為主,使得火 力發(fā)電對于電力生產(chǎn)尤為重要。鍋爐作為火力發(fā)電 廠的三大機(jī)組之一,其安全性和穩(wěn)定性對電力生產(chǎn)的 影響極大[1]。水冷壁管由許多并聯(lián)的管子組合形成 蒸發(fā)受熱面,一般安裝在鍋爐爐膛內(nèi)壁。水冷壁管的 主要作用是吸收爐膛中高溫火焰或煙氣的輻射熱量, 通過熱傳導(dǎo)使管內(nèi)的水產(chǎn)生蒸氣或變成熱水,以此來 降低爐墻的溫度,達(dá)到保護(hù)爐墻的目的[2]。某水電廠 鍋爐水冷壁管發(fā)生泄漏,其材料為20G鋼,管外部由 澆注料覆蓋,管內(nèi)部為除鹽水,溫度約為280℃,自然 水循環(huán),外部環(huán)境為1000℃的高溫?zé)煔?水冷壁管 采用豎直安裝,該次泄漏為二次泄漏,管道發(fā)生泄漏 的位置為向火面,水冷壁管的宏觀形貌見圖1a),澆注 料墻體宏觀形貌見圖1b)。筆者通過宏觀觀察、化學(xué) 成分分析、掃描電鏡分析、能譜分析以及顯微組織觀 察,對水冷壁管泄漏的原因進(jìn)行分析。
1 理化檢驗(yàn)
1.1 宏觀觀察
水冷壁管泄漏點(diǎn)處的宏觀形貌見圖2a),可見泄 漏點(diǎn)位于銷釘附近的管壁凹陷處,該區(qū)域附近呈深灰 色。通過機(jī)械加工方法截取泄漏點(diǎn)處試樣,其內(nèi)壁的 宏觀形貌見圖2b)。對試樣側(cè)面進(jìn)行觀察,外壁可見 凹陷,內(nèi)壁未見異常,管壁整體發(fā)生減薄,見圖2c)。
1.2 化學(xué)成分分析
從泄漏水冷壁管上截取試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析, 結(jié)果見表1。由表1可見,水冷壁管的化學(xué)成分符合 GB/T5310-2017《高壓鍋爐用無縫鋼管》的技術(shù)要求。
1.3 掃描電鏡及能譜分析
在水冷壁管泄漏點(diǎn)處截取試樣,經(jīng)鑲嵌、磨拋 后在顯微鏡下觀察,泄 漏 點(diǎn) 處 的 微 觀 形 貌 見 圖 3a),從形貌可判斷其穿孔是從管道外壁向內(nèi)壁擴(kuò) 展。進(jìn)一步放大外壁處,可見其表面存在腐蝕產(chǎn) 物,見圖3b)。對腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行能譜分析,結(jié)果見 圖4,檢測到有較高含量的硫和氯等腐蝕性元素, 以及鈉、鎂、鉀和鈣等元素。判定是由硫和氯元素 引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)從而使材料發(fā)生腐蝕,從而穿孔 的[3]。
1.4 顯微組織觀察
在水冷壁管泄漏點(diǎn)外壁處截取試樣,經(jīng)鑲嵌、磨 拋及浸蝕后進(jìn)行顯微組織觀察。由圖5可見,管外 壁可見明顯的減薄區(qū)域,放大觀察泄漏點(diǎn)處,顯微組 織為鐵素體+珠光體,組織未見變形[4],見圖5b), 說明管壁沒有發(fā)生塑性變形。
2 結(jié)果與討論
水冷壁管的化學(xué)成分符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。通 過宏觀觀察可知,管道泄漏點(diǎn)外壁處可見凹陷,內(nèi)壁 未見異常,管壁整體明顯減薄,水冷壁管泄漏點(diǎn)處的 顯微組織為鐵素體+珠光體。
泄漏發(fā) 生 在 水 冷 壁 管 的 向 火 面,該 墻 面 向 1000℃左右的高溫?zé)煔?其成分較為復(fù)雜,含有腐 蝕性介質(zhì)。一般情況下,澆注料形成的墻體能隔絕 這些介質(zhì),保護(hù)水冷壁管不受其腐蝕。從圖1b)可 以看出,澆注料形成的墻體表面存在龜裂、縫隙以及 白色異物滲出,說明墻體致密性較差,高溫?zé)煔庖诐B 入墻體內(nèi)部,銷釘位置處的墻體最為薄弱,煙氣最先 在銷釘位置滲入墻體內(nèi)部與水冷壁管外壁接觸,由 于高溫?zé)煔鈨?nèi)含有較高的硫、氯等腐蝕性元素,且水 冷壁管的局部熱負(fù)荷過高,腐蝕性低熔點(diǎn)化合物黏 附于管道表面,導(dǎo)致銷釘周圍位置處優(yōu)先發(fā)生腐蝕, 腐蝕區(qū)域的覆蓋物和煙氣的還原性氣氛有利于低熔 點(diǎn)化合物的形成及擴(kuò)散,使腐蝕反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行,壁溫 升高,煙氣直接沖刷,這會促進(jìn)腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行,受 熱面管道內(nèi)壁有沉積物時,會使管壁溫度升高,加速 腐蝕,從而導(dǎo)致管壁減薄,最終發(fā)生泄漏。
3 結(jié)論
水冷壁管發(fā)生泄漏的原因是高溫?zé)煔庵械母g 性介質(zhì)滲入墻體內(nèi)部,導(dǎo)致水冷壁管發(fā)生腐蝕,管壁 先發(fā)生減薄,最終穿透發(fā)生泄漏。
參考文獻(xiàn):
[1] 范從振.鍋爐原理[M].北京:水利電力出版社,1986.
[2] 郭巍.電廠煤粉鍋爐水冷壁管爆管分析與防護(hù)措施研 究[D].上海:華東理工大學(xué),2015.
[3] 次仁德吉.電化學(xué)反應(yīng)及其腐蝕[J].廣州化學(xué),2009, 34(3):73-77.
[4] 李炯輝.金屬材料金相圖譜[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版 社,2006.