锅炉低温段省煤器失效分析

锅炉低温段省煤器失效分析

某锅炉低温段省煤器盘管自2001年8月20日投用后，运行91天就发生严重泄漏事件。该省煤器原先采用20碳钢制造，这次为提高质量，特选用20g（规格32mmX3mm）高压锅炉管。省煤器低温段运行温度为103 ~105°C，采用蛇形盘管结构，总共36排。泄漏发生在省煤器管第4排到36排之间，其中的中间段较为严重。经现场检查，蛇形管的所有焊缝及弯管部分完好，发生腐蚀的省煤器管弯头部位也完好。

　　1检验与分析省煤器盘管形貌见，发生泄漏的北起13 ~15排管段上边有灰泥状腐蚀产物。省煤器管其它部位未发现腐蚀。为判明泄漏原因，对其进行了化学成分分析，金相组织分析，断口宏观检验及微观扫描电镜和腐蚀产物成分分析等各项检测。

　　14宏观形貌分析泄漏省煤器管段的宏观形貌见所示，该管段取自第13排，左边靠近焊缝，焊缝外观完好。该管段有两个泄漏孔，右泄漏孔沿圆周方向，而左泄漏左泄漏孔的宽度达3mm，长18mm；右泄漏孔宽度1.9mm，长度6mm.由此可以判定左孔的泄漏早于右孔的泄漏。此外，左孔位于一条浅沟中间，即由管壁外边逐渐腐蚀所致，而右泄漏孔则是内孔略大于外壁的张口而大部分都是垂直于管表面的。泄漏孔部位覆盖着黄褐色的腐蚀产物，远离此部位是乳白色的腐蚀产物。打开省煤器时发现在许多管子上有泥状的灰色产物。

　　对泄漏管除泄漏孔以外的尺寸进行了检查，发现该盘管运行3个月后除发生严重腐蚀外，未腐蚀区域管子的尺寸没有变化。

　　14化学成分的测定化学成分检测结果见表1，同原质保书及20g国标对比，泄漏管子的化学成分符合20g的标准范围，仅硫的结果有一些差别，但符合20g的标准。

　　14泄漏管的显微分析在显微镜下观察泄漏管轴向截面的金相组织为索氏体+珠光体且有带状趋向，晶粒度为8~9级，从组织及夹杂物分布可以认为是正常的，见。

　　14显微硬度分析表1锅炉省煤器管的化学成分检测结果及附加说明（％）项目泄漏管实测值质保书2g标准（2）当壳程中的烟气高于硫酸露点温度时，由泄漏管子的金相显微组织120X对泄漏孔边测其显微硬度结果见表2.从硬度测定的结果（换算成抗拉强度为529MPa）可以认为热处理是正常的，强度达到了原来20g的标准要求。

　　表2泄漏管子显微硬度测量结果及附加说明（HV）项目123平均值对应的ab/MPa实测值质保书20g标准1.5腐蚀产物分析经扫描电镜对腐蚀形貌及其产物的能谱定性分析结果见。可以看出，腐蚀部分仍然是非常均匀的，上面覆盖腐蚀产物。这些产物主要为Fe、S、O及少量的Si和Ca从谱线峰值来看，产物的大部分具有很高的氧峰。为了进一步确定产物的结构方2腐蚀机理分析省煤器是烟气和水的热交换器，壳程通烟气，管程通冷却水。管程中的水是锅炉水，一般腐蚀不严重。所以除泄漏管段的其余部分内壁也腐蚀轻微，一般被Fe34所覆盖。从腐蚀发生的部位看，泄漏管子的腐蚀都发生在壳层，即在管子的外壁。由于省煤器的壳程走的是烟气，要发生硫酸腐蚀，只有两种可能。

　　从这次省煤器泄漏的情况来看，腐蚀只发生在13排的中间一个范围，既不是入水端也不是在弯头的两端，所以应属于后者。

　　在对省煤器的检查中发现所有弯管部分都没有发生严重腐蚀。而此部分在弯管时因局部塑性变形，易产生裂纹，既然腐蚀不发生在此，也证明了省煤器管的弯管部分没有问题，检查所有焊缝都是好的。通过这两个方面的检查，可以排除省煤器的制造问题。泄漏管段中的右边垂直于管子轴向的泄漏孔为流出源，该泄漏孔不是由外到内的喇叭口，而是直通的。裂口宽3mm，长度达18mm，这显然已经受到严重的腐蚀。在水流出的同时立即于烟气中的SO3结合，致使此处腐蚀迅速加重，一直到发生省煤器泄漏停机为止。

　　3结论本批省煤器管为20g无缝钢管，材料的化学成分及金相组织均符合20g的标准。

　　本次省煤器管泄漏是由于一根蛇形管的直管段母材存在有一个与管子轴向相垂直的缺陷，省煤器投运后因开始微小泄漏而产生硫酸腐蚀，随着运行时间的延长，缺陷变大，腐蚀也加大直至管程水喷出，引起大面积的硫酸腐蚀，最后导致停机。省煤器管上的腐蚀产物为硫酸铁。

　　由于省煤器的特殊工况，一旦泄漏就产生严重的硫酸腐蚀，而一旦发生硫酸腐蚀，在200C左右的高温下其腐蚀速度迅速增大。所以应该认识到省煤器工况是非常苛刻的。

　　4建议因省煤器工况非常苛刻，在省煤器的制造过程中，材料及焊缝绝不允许有缺陷或裂纹存在。管子必须经过100%的无损检测，特别要注意管子头尾200mm的盲区，制造结束后要采用两种探伤手段，即经涡流和超声探伤。一旦发现缺陷，必须剔除。

　　弯管段在弯好后必须对弯头进行着色探伤，发现缺陷必须剔除。

　　%的射线探伤检查，有缺陷者剔除。

　　整台设备制好后必须经过水压试验。

　　（上接第175页）的优势。因此，用该法修复旧管道，社会效益和经济效益都十分显著。

　　6应用实例6.1中原油田采油五厂胡西南油水混输管线修复工程2km，管径和壁厚为219mmX7mm，1997年8月投产，输送高含水原油，工作压力为1.6MPa.因焊缝腐蚀严重，多处穿孔，无法正常使用。于2001年1月，采用穿插衬贴HDPE管的方法对该管线进行修复，完成后在2MPa压力下试压2h无泄漏，投产后运行正常。

　　6.2胜利油田胜利采油厂坨二站油水混输管线修复工程该条钢质管线管径和壁厚为273mmX7mm，由于是油、气、水三相混输，固相泥砂含量高，流速快，1998年投用后仅6个月，就因内腐蚀开始穿孔。

　　于1999年7月对该条线进行了穿插衬贴HDPE管修复后，运行至今无异常。

　　6.3张家口市宣化区供水公司自来水管线修复工程年投入使用，因多处漏水，1998年停用。管线位于市内繁华街道，埋地深度3m，走向呈曲线型，属施工难度最大的市政管线。后于2000年采用HDPE管作为衬里进行穿插修复，一次成功，至今使用良好。