摘 要:某水电厂锅炉水冷壁管发生泄漏,通过宏观观察、化学成分分析、扫描电镜分析、能谱 分析以及显微组织观察等方法,分析了水冷壁管泄漏的原因。结果表明:水冷壁管发生泄漏的原因 是高温烟气中的腐蚀性介质渗入墙体内部,导致水冷壁管发生腐蚀,管壁减薄,最终发生泄漏。
关键词:水冷壁管;腐蚀;泄漏
中图分类号:TG115 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2021)11-0063-03
充足的电力生产是国民经济发展的主要保证。 我国炭资源丰富,长期以来从火力发电为主,使得火 力发电对于电力生产尤为重要。锅炉作为火力发电 厂的三大机组之一,其安全性和稳定性对电力生产的 影响极大[1]。水冷壁管由许多并联的管子组合形成 蒸发受热面,一般安装在锅炉炉膛内壁。水冷壁管的 主要作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量, 通过热传导使管内的水产生蒸气或变成热水,以此来 降低炉墙的温度,达到保护炉墙的目的[2]。某水电厂 锅炉水冷壁管发生泄漏,其材料为20G钢,管外部由 浇注料覆盖,管内部为除盐水,温度约为280℃,自然 水循环,外部环境为1000℃的高温烟气,水冷壁管 采用竖直安装,该次泄漏为二次泄漏,管道发生泄漏 的位置为向火面,水冷壁管的宏观形貌见图1a),浇注 料墙体宏观形貌见图1b)。笔者通过宏观观察、化学 成分分析、扫描电镜分析、能谱分析以及显微组织观 察,对水冷壁管泄漏的原因进行分析。
1 理化检验
1.1 宏观观察
水冷壁管泄漏点处的宏观形貌见图2a),可见泄 漏点位于销钉附近的管壁凹陷处,该区域附近呈深灰 色。通过机械加工方法截取泄漏点处试样,其内壁的 宏观形貌见图2b)。对试样侧面进行观察,外壁可见 凹陷,内壁未见异常,管壁整体发生减薄,见图2c)。
1.2 化学成分分析
从泄漏水冷壁管上截取试样进行化学成分分析, 结果见表1。由表1可见,水冷壁管的化学成分符合 GB/T5310-2017《高压锅炉用无缝钢管》的技术要求。
1.3 扫描电镜及能谱分析
在水冷壁管泄漏点处截取试样,经镶嵌、磨抛 后在显微镜下观察,泄 漏 点 处 的 微 观 形 貌 见 图 3a),从形貌可判断其穿孔是从管道外壁向内壁扩 展。进一步放大外壁处,可见其表面存在腐蚀产 物,见图3b)。对腐蚀产物进行能谱分析,结果见 图4,检测到有较高含量的硫和氯等腐蚀性元素, 以及钠、镁、钾和钙等元素。判定是由硫和氯元素 引发电化学反应从而使材料发生腐蚀,从而穿孔 的[3]。
1.4 显微组织观察
在水冷壁管泄漏点外壁处截取试样,经镶嵌、磨 抛及浸蚀后进行显微组织观察。由图5可见,管外 壁可见明显的减薄区域,放大观察泄漏点处,显微组 织为铁素体 珠光体,组织未见变形[4],见图5b), 说明管壁没有发生塑性变形。
2 结果与讨论
水冷壁管的化学成分符合相关标准的要求。通 过宏观观察可知,管道泄漏点外壁处可见凹陷,内壁 未见异常,管壁整体明显减薄,水冷壁管泄漏点处的 显微组织为铁素体 珠光体。
泄漏发 生 在 水 冷 壁 管 的 向 火 面,该 墙 面 向 1000℃左右的高温烟气,其成分较为复杂,含有腐 蚀性介质。一般情况下,浇注料形成的墙体能隔绝 这些介质,保护水冷壁管不受其腐蚀。从图1b)可 以看出,浇注料形成的墙体表面存在龟裂、缝隙以及 白色异物渗出,说明墙体致密性较差,高温烟气易渗 入墙体内部,销钉位置处的墙体最为薄弱,烟气最先 在销钉位置渗入墙体内部与水冷壁管外壁接触,由 于高温烟气内含有较高的硫、氯等腐蚀性元素,且水 冷壁管的局部热负荷过高,腐蚀性低熔点化合物黏 附于管道表面,导致销钉周围位置处优先发生腐蚀, 腐蚀区域的覆盖物和烟气的还原性气氛有利于低熔 点化合物的形成及扩散,使腐蚀反应持续进行,壁温 升高,烟气直接冲刷,这会促进腐蚀反应的进行,受 热面管道内壁有沉积物时,会使管壁温度升高,加速 腐蚀,从而导致管壁减薄,最终发生泄漏。
3 结论
水冷壁管发生泄漏的原因是高温烟气中的腐蚀 性介质渗入墙体内部,导致水冷壁管发生腐蚀,管壁 先发生减薄,最终穿透发生泄漏。
参考文献:
[1] 范从振.锅炉原理[M].北京:水利电力出版社,1986.
[2] 郭巍.电厂煤粉锅炉水冷壁管爆管分析与防护措施研 究[D].上海:华东理工大学,2015.
[3] 次仁德吉.电化学反应及其腐蚀[J].广州化学,2009, 34(3):73-77.
[4] 李炯辉.金属材料金相图谱[M].北京:机械工业出版 社,2006.
<文章来源>材料与测试网 > 期刊论文 > 理化检验－物理分册 > 57卷 > 11期 (pp:63-65)>
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