摘 要:某水電廠鍋爐水冷壁管發生泄漏,通過宏觀觀察、化學成分分析、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。結果表明:水冷壁管發生泄漏的原因 是高溫煙氣中的腐蝕性介質滲入墻體內部,導致水冷壁管發生腐蝕,管壁減薄,最終發生泄漏。

關鍵詞:水冷壁管;腐蝕;泄漏 

中圖分類號:TG115                       文獻標志碼:B                       文章編號:1001-4012(2021)11-0063-03

充足的電力生產是國民經濟發展的主要保證。 我國炭資源豐富,長期以來從火力發電為主,使得火 力發電對于電力生產尤為重要。鍋爐作為火力發電 廠的三大機組之一,其安全性和穩定性對電力生產的 影響極大[1]。水冷壁管由許多并聯的管子組合形成 蒸發受熱面,一般安裝在鍋爐爐膛內壁。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, 通過熱傳導使管內的水產生蒸氣或變成熱水,以此來 降低爐墻的溫度,達到保護爐墻的目的[2]。某水電廠 鍋爐水冷壁管發生泄漏,其材料為20G鋼,管外部由 澆注料覆蓋,管內部為除鹽水,溫度約為280℃,自然 水循環,外部環境為1000℃的高溫煙氣,水冷壁管 采用豎直安裝,該次泄漏為二次泄漏,管道發生泄漏 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 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行分析。

1 理化檢驗 

1.1 宏觀觀察 

水冷壁管泄漏點處的宏觀形貌見圖2a),可見泄 漏點位于銷釘附近的管壁凹陷處,該區域附近呈深灰 色。通過機械加工方法截取泄漏點處試樣,其內壁的 宏觀形貌見圖2b)。對試樣側面進行觀察,外壁可見 凹陷,內壁未見異常,管壁整體發生減薄,見圖2c)。

1.2 化學成分分析 

從泄漏水冷壁管上截取試樣進行化學成分分析, 結果見表1。由表1可見,水冷壁管的化學成分符合 GB/T5310-2017《高壓鍋爐用無縫鋼管》的技術要求。

1.3 掃描電鏡及能譜分析 

在水冷壁管泄漏點處截取試樣,經鑲嵌、磨拋 后在顯微鏡下觀察,泄 漏 點 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壁擴 展。進一步放大外壁處,可見其表面存在腐蝕產 物,見圖3b)。對腐蝕產物進行能譜分析,結果見 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 引發電化學反應從而使材料發生腐蝕,從而穿孔 的[3]。 

1.4 顯微組織觀察 

在水冷壁管泄漏點外壁處截取試樣,經鑲嵌、磨 拋及浸蝕后進行顯微組織觀察。由圖5可見,管外 壁可見明顯的減薄區域,放大觀察泄漏點處,顯微組 織為鐵素體+珠光體,組織未見變形[4],見圖5b), 說明管壁沒有發生塑性變形。

2 結果與討論 

水冷壁管的化學成分符合相關標準的要求。通 過宏觀觀察可知,管道泄漏點外壁處可見凹陷,內壁 未見異常,管壁整體明顯減薄,水冷壁管泄漏點處的 顯微組織為鐵素體+珠光體。 

泄漏發 生 在 水 冷 壁 管 的 向 火 面,該 墻 面 向 1000℃左右的高溫煙氣,其成分較為復雜,含有腐 蝕性介質。一般情況下,澆注料形成的墻體能隔絕 這些介質,保護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,高溫煙氣易滲 入墻體內部,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部與水冷壁管外壁接觸,由 于高溫煙氣內含有較高的硫、氯等腐蝕性元素,且水 冷壁管的局部熱負荷過高,腐蝕性低熔點化合物黏 附于管道表面,導致銷釘周圍位置處優先發生腐蝕, 腐蝕區域的覆蓋物和煙氣的還原性氣氛有利于低熔 點化合物的形成及擴散,使腐蝕反應持續進行,壁溫 升高,煙氣直接沖刷,這會促進腐蝕反應的進行,受 熱面管道內壁有沉積物時,會使管壁溫度升高,加速 腐蝕,從而導致管壁減薄,最終發生泄漏。

3 結論 

水冷壁管發生泄漏的原因是高溫煙氣中的腐蝕 性介質滲入墻體內部,導致水冷壁管發生腐蝕,管壁 先發生減薄,最終穿透發生泄漏。

參考文獻: 

[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措施研 究[D].上海:華東理工大學,2015. 

[3] 次仁德吉.電化學反應及其腐蝕[J].廣州化學,2009, 34(3):73-77. 

[4] 李炯輝.金屬材料金相圖譜[M].北京:機械工業出版 社,2006. 

<文章來源>材料與測試網 > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 57卷 > 11期 (pp:63-65)>