锅炉省煤器氧腐蚀原理、外形特点及预防措施论文_管晓军,赵传抗

(宁夏华电永利发电有限公司 宁夏回族自治区银川 750000)

摘要:对于锅炉常见的腐蚀之一氧腐蚀发生的原理,锅炉四管中最易发生部位,及发生氧腐蚀后管壁外观特征,金相组织变化等做一阐述,并介绍了相应防范措施。

关键词:锅炉 氧腐蚀 外形特点 预防措施

锅炉“四管”(水冷壁、过热器、省煤器、再热器)爆漏事故基本可以分为以下几种原因:管壁磨损、焊接质量、过热、腐蚀等。因为腐蚀造成的管壁爆管泄漏虽然在机组运行过程中所占比重不大,但是腐蚀爆漏尤其是炉内腐蚀具有突发性,一旦发生受损范围较大,容易造成大面积受热面损坏。影响较大,所以应引起足够重视。

炉内腐蚀又分为氧腐蚀、氢腐蚀、垢下腐蚀等,本文就省煤器氧腐蚀的原理,管壁内受氧腐蚀后形状特点,管材本身化学成分变化以及预防措施进行简要探讨。

一、氧腐蚀原理

氧腐蚀是在给水中残留有溶解氧,而锅炉省煤器管基本采用20G、15Cr等材质。这些材质本身含有石墨、渗碳体等,当含有杂质的金属壁与电解质溶液(酸、碱、盐)相互接触时,就会造成局部原电池,引起电流从金属的一部分流向另一部分,从而产生电化学腐蚀。

当金属表面与含有O2、CO2等不纯物的水蒸汽接触时,就像铁盒杂质处于电解质溶液一样,在纯铁与杂质之间产生电位差,形成无数个微小的腐蚀电池,电极电位小的纯铁为腐蚀电池的阳极,电极发生氧化反应,即铁失去电子成Fe2+离子进入水膜。同时,多余的电子移向阴极杂质,阴极发生还原反应,即溶解氧得到电子与水结合生成OH-离子,水膜中的Fe2+和OH-离子结合,生成Fe(OH) 2,附在铁表面上,铁便很快遭到腐蚀,其反应方程式如下:

阳极:2Fe-4e→2Fe2+

阴极:O2+2H2O +4e→4OH-

总反应方程式:2Fe+O2+2H20→2Fe(OH) 2

然后Fe(OH) 2被蒸汽中的氧气进一步氧化为Fe(OH) 3,即发生如下反应:24Fe(OH)2+O2+2H20=4Fe(OH)3

Fe(OH) 3及其脱水产物Fe2O3是红褐色铁锈的主要成分。

除此之外,锅炉的金属表面还常氧气分布不均匀引起腐蚀,原因是在有电解质存在的情况下,在高氧浓度和低氧浓度部位的金属之间会产生电位差,这样,由于氧气浓度不同而形成了浓差电位,高氧浓度部位的金属为腐蚀电池的阴极,低氧浓度部位的金属为腐蚀电池的阳,于是,就产生了和上述原理相同的腐蚀过程,金属遭到破坏。

水中溶解氧不仅直接腐蚀锅炉金属,而且破坏了金属表面上的致密保护膜Fe(OH) 2沉淀,因此,氧对热力设备腐蚀影响极大。一般情况下,金属腐蚀速度与氧的浓度成正比。

二、氧腐蚀造成爆管外形特点

以宁煤烯烃公司2#炉2013年12月份省煤器爆管为例,管壁规格φ32*4,材质20G,泄漏部位为省煤器入口集箱出口管座外300mm处。爆管后在泄漏部位附近取三段进行分析,分别取自爆管处,爆管左侧平行第一根,右侧平行第一根。做纵向剖分宏观特征如图:

(一)内壁表面特征

取1#、2#省煤器管样,沿纵向剖开成未泄漏(减薄)侧和泄漏(减薄)侧两半,进行内壁表面形貌分析。壁表面形貌见照片1#、2#分析结果如下:

1、1#、2#省煤器管样内壁均为溃疡状、小孔型的局部腐蚀。且小孔大小不均,数量较多,在泄漏部位小孔较为密集,其余部位呈均匀状分布。

2、1#、2#管样内壁垢的表层基本全部为砖红色,其上分布黄褐色的小鼓包和少量黑褐色垢。

以上宏观特征为氧腐蚀形态的典型特征,可以看出2#炉炉水含氧量过高。

(二)体镜形象

在体镜下分析省煤器管外壁表面形貌,特征如下:

1、1#管样泄漏口附近及“凹陷”区有密集的黑褐色的“凹起”,局部由黄褐色的腐蚀产物。

2、2#管样“凹陷”区有桔黄垢和局部土灰色垢,腐蚀减薄区周围有的黑褐色垢脱落。

3、1#管样减薄区有大小不一的圆形“坑”,有的“坑”还镶嵌灰褐色物质,也有“慧星”状、近似椭圆形的较大的凹坑。

(三)化学成份

对此两段管样取粉末样进行化学成份分析,检验结果和GB/5310-2008《高圧锅炉用无缝钢管》对20G钢管的化学成分技术条件列于下表。

从表中数据可以看出:

所检2#、3#管样材料的化学成份均符合GB/5310-2008《高圧锅炉用无缝钢管》对20G钢管的化学成分技术条件要求。

(四)机械性能

对试样1进行室温拉伸实验,分两部分,爆口附件管壁减薄侧和未减薄侧拉伸实验结果和GB/5310-2008《高圧锅炉用无缝钢管》对20G钢管的拉伸性能技术条件要求列于下表。

从表中数据可以看出,管样对侧抗拉强度Rm、下屈服强度Rel符合GB5310-2008《高圧锅炉用无缝钢管》对20G钢管的拉伸性能要求,管壁减薄对侧的断后伸长率A符合标准要求,减薄侧的断后伸长率A低于标准要求(≥24%),伸长率A为19.5%,这可能与管壁损伤有关。

(五)金相分析

从1#、2#省煤器管样上取金相样,经镶嵌,磨制,抛光,侵蚀工艺处理后,采用ZELSS.Imager.A1mjian研究型金相显微镜,在不同放大倍数下进行泄漏侧(减薄侧)、泄漏对侧(减薄对侧)的金相分析。

(1)金相组织

对1#、2#省煤器管样泄漏侧(减薄侧)、泄漏对侧(减薄对侧)的金相组织进行分析。结果如下:

1、1#样材料的金相组织为珠光体+铁素体,晶粒度7-8级。晶粒沿爆口方向拉长,为韧性断裂。

2、2#样材料的金相组织为珠光体+铁素体,晶粒度7-8级,金相组织无形变特征。

总之,对抽检的三段2#炉省煤器管样未发现珠光体球化、重新相变和蠕变、蠕变空洞等组织损伤特征,其泄漏与超温无关。

(2)脱碳层检验

对1#、2#金相显微镜下进行内部外壁脱碳层检验,结果表明:1#管样内壁局部有脱碳现象,脱碳层深度约为0.04mm,外壁无脱碳现象,2#管样内壁均无明显的脱碳现象。

分析原因1#管样局部脱碳现象与泄漏点位置有关。

根据实例可以看出,炉管发生氧腐蚀有以下几方面特点:

1、从爆管发生部位来看,氧腐蚀主要发生在省煤器入口段的内壁,严重的可达省煤器中部乃至锅炉水冷壁。

2、从爆口腐蚀点分布看,在爆口位置附近腐蚀坑成集中布置状,但在非泄漏区域管段同样呈现氧腐蚀现象,其分布扩散。说明在爆口首先会出现在腐蚀严重管壁薄弱段。说明氧腐蚀所造成的破坏面较大。

3、从爆口形态上看,爆口附近形成很多小鼓包,其直径大小为1—15mm不等,鼓包内黑色产物被清除后,可以看到金属表面出现的

溃疡状腐蚀坑。

4、从管壁金相分析来看,爆口为正常的珠光体+铁素体组织,晶粒沿爆口方向拉长,为韧性断裂。

三、氧腐蚀的预防措施

(1)保证除氧器运行工况稳定。

(2)加强对凝结水系统疏水及法兰等的内漏检查。

(3)当负荷变动时,回热系统运行工况变化应加以重视,防治压力变化时,空气经疏水阀门进入给水系统。

(4)在锅炉停运时,加强锅炉保养措施。

参考文献

[1]金属的电化学腐蚀和防护 人民教育出版社

[2]电厂金属材料水利电力出版社 1979年

[2]大容量锅炉四管爆漏问题 赵旺初 锅炉技术

[3]氧腐蚀对工业锅炉的危害及其防治 陈炳华 中国设备工程 2003(4):29-30

论文作者:管晓军,赵传抗

论文发表刊物:《电力设备》2016年第2期

论文发表时间:2016/5/23

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