鍋爐低溫段省煤器失效分析

　　某鍋爐低溫段省煤器盤管自2001年8月20日投用后，運(yùn)行91天就發(fā)生嚴(yán)重泄漏事件。該省煤器原先采用20碳鋼制造，這次為提高質(zhì)量，特選用20g（規(guī)格32mmX3mm）高壓鍋爐管。省煤器低溫段運(yùn)行溫度為103 ~105°C，采用蛇形盤管結(jié)構(gòu)，總共36排。泄漏發(fā)生在省煤器管第4排到36排之間，其中的中間段較為嚴(yán)重。經(jīng)現(xiàn)場檢查，蛇形管的所有焊縫及彎管部分完好，發(fā)生腐蝕的省煤器管彎頭部位也完好。

　　1檢驗(yàn)與分析省煤器盤管形貌見，發(fā)生泄漏的北起13 ~15排管段上邊有灰泥狀腐蝕產(chǎn)物。省煤器管其它部位未發(fā)現(xiàn)腐蝕。為判明泄漏原因，對其進(jìn)行了化學(xué)成分分析，金相組織分析，斷口宏觀檢驗(yàn)及微觀掃描電鏡和腐蝕產(chǎn)物成分分析等各項檢測。

　　14宏觀形貌分析泄漏省煤器管段的宏觀形貌見所示，該管段取自第13排，左邊靠近焊縫，焊縫外觀完好。該管段有兩個泄漏孔，右泄漏孔沿圓周方向，而左泄漏左泄漏孔的寬度達(dá)3mm，長18mm；右泄漏孔寬度1.9mm，長度6mm.由此可以判定左孔的泄漏早于右孔的泄漏。此外，左孔位于一條淺溝中間，即由管壁外邊逐漸腐蝕所致，而右泄漏孔則是內(nèi)孔略大于外壁的張口而大部分都是垂直于管表面的。泄漏孔部位覆蓋著黃褐色的腐蝕產(chǎn)物，遠(yuǎn)離此部位是乳白色的腐蝕產(chǎn)物。打開省煤器時發(fā)現(xiàn)在許多管子上有泥狀的灰色產(chǎn)物。

　　對泄漏管除泄漏孔以外的尺寸進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)該盤管運(yùn)行3個月后除發(fā)生嚴(yán)重腐蝕外，未腐蝕區(qū)域管子的尺寸沒有變化。

　　14化學(xué)成分的測定化學(xué)成分檢測結(jié)果見表1，同原質(zhì)保書及20g國標(biāo)對比，泄漏管子的化學(xué)成分符合20g的標(biāo)準(zhǔn)范圍，僅硫的結(jié)果有一些差別，但符合20g的標(biāo)準(zhǔn)。

　　14泄漏管的顯微分析在顯微鏡下觀察泄漏管軸向截面的金相組織為索氏體+珠光體且有帶狀趨向，晶粒度為8~9級，從組織及夾雜物分布可以認(rèn)為是正常的，見。

　　14顯微硬度分析表1鍋爐省煤器管的化學(xué)成分檢測結(jié)果及附加說明（％）項目泄漏管實(shí)測值質(zhì)保書2g標(biāo)準(zhǔn)（2）當(dāng)殼程中的煙氣高于硫酸露點(diǎn)溫度時，由泄漏管子的金相顯微組織120X對泄漏孔邊測其顯微硬度結(jié)果見表2.從硬度測定的結(jié)果（換算成抗拉強(qiáng)度為529MPa）可以認(rèn)為熱處理是正常的，強(qiáng)度達(dá)到了原來20g的標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　表2泄漏管子顯微硬度測量結(jié)果及附加說明（HV）項目123平均值對應(yīng)的ab/MPa實(shí)測值質(zhì)保書20g標(biāo)準(zhǔn)1.5腐蝕產(chǎn)物分析經(jīng)掃描電鏡對腐蝕形貌及其產(chǎn)物的能譜定性分析結(jié)果見�？梢钥闯觯�腐蝕部分仍然是非常均勻的，上面覆蓋腐蝕產(chǎn)物。這些產(chǎn)物主要為Fe、S、O及少量的Si和Ca從譜線峰值來看，產(chǎn)物的大部分具有很高的氧峰。為了進(jìn)一步確定產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)方2腐蝕機(jī)理分析省煤器是煙氣和水的熱交換器，殼程通煙氣，管程通冷卻水。管程中的水是鍋爐水，一般腐蝕不嚴(yán)重。所以除泄漏管段的其余部分內(nèi)壁也腐蝕輕微，一般被Fe34所覆蓋。從腐蝕發(fā)生的部位看，泄漏管子的腐蝕都發(fā)生在殼層，即在管子的外壁。由于省煤器的殼程走的是煙氣，要發(fā)生硫酸腐蝕，只有兩種可能。

　　從這次省煤器泄漏的情況來看，腐蝕只發(fā)生在13排的中間一個范圍，既不是入水端也不是在彎頭的兩端，所以應(yīng)屬于后者。

　　在對省煤器的檢查中發(fā)現(xiàn)所有彎管部分都沒有發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。而此部分在彎管時因局部塑性變形，易產(chǎn)生裂紋，既然腐蝕不發(fā)生在此，也證明了省煤器管的彎管部分沒有問題，檢查所有焊縫都是好的。通過這兩個方面的檢查，可以排除省煤器的制造問題。泄漏管段中的右邊垂直于管子軸向的泄漏孔為流出源，該泄漏孔不是由外到內(nèi)的喇叭口，而是直通的。裂口寬3mm，長度達(dá)18mm，這顯然已經(jīng)受到嚴(yán)重的腐蝕。在水流出的同時立即于煙氣中的SO3結(jié)合，致使此處腐蝕迅速加重，一直到發(fā)生省煤器泄漏停機(jī)為止。

　　3結(jié)論本批省煤器管為20g無縫鋼管，材料的化學(xué)成分及金相組織均符合20g的標(biāo)準(zhǔn)。

　　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個與管子軸向相垂直的缺陷，省煤器投運(yùn)后因開始微小泄漏而產(chǎn)生硫酸腐蝕，隨著運(yùn)行時間的延長，缺陷變大，腐蝕也加大直至管程水噴出，引起大面積的硫酸腐蝕，最后導(dǎo)致停機(jī)。省煤器管上的腐蝕產(chǎn)物為硫酸鐵。

　　由于省煤器的特殊工況，一旦泄漏就產(chǎn)生嚴(yán)重的硫酸腐蝕，而一旦發(fā)生硫酸腐蝕，在200C左右的高溫下其腐蝕速度迅速增大。所以應(yīng)該認(rèn)識到省煤器工況是非�？量痰�。

　　4建議因省煤器工況非�？量�，在省煤器的制造過程中，材料及焊縫絕不允許有缺陷或裂紋存在。管子必須經(jīng)過100%的無損檢測，特別要注意管子頭尾200mm的盲區(qū)，制造結(jié)束后要采用兩種探傷手段，即經(jīng)渦流和超聲探傷。一旦發(fā)現(xiàn)缺陷，必須剔除。

　　彎管段在彎好后必須對彎頭進(jìn)行著色探傷，發(fā)現(xiàn)缺陷必須剔除。

　　%的射線探傷檢查，有缺陷者剔除。

　　整臺設(shè)備制好后必須經(jīng)過水壓試驗(yàn)。

　　（上接第175頁）的優(yōu)勢。因此，用該法修復(fù)舊管道，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益都十分顯著。

　　6應(yīng)用實(shí)例6.1中原油田采油五廠胡西南油水混輸管線修復(fù)工程2km，管徑和壁厚為219mmX7mm，1997年8月投產(chǎn)，輸送高含水原油，工作壓力為1.6MPa.因焊縫腐蝕嚴(yán)重，多處穿孔，無法正常使用。于2001年1月，采用穿插襯貼HDPE管的方法對該管線進(jìn)行修復(fù)，完成后在2MPa壓力下試壓2h無泄漏，投產(chǎn)后運(yùn)行正常。

　　6.2勝利油田勝利采油廠坨二站油水混輸管線修復(fù)工程該條鋼質(zhì)管線管徑和壁厚為273mmX7mm，由于是油、氣、水三相混輸，固相泥砂含量高，流速快，1998年投用后僅6個月，就因內(nèi)腐蝕開始穿孔。

　　于1999年7月對該條線進(jìn)行了穿插襯貼HDPE管修復(fù)后，運(yùn)行至今無異常。

　　6.3張家口市宣化區(qū)供水公司自來水管線修復(fù)工程年投入使用，因多處漏水，1998年停用。管線位于市內(nèi)繁華街道，埋地深度3m，走向呈曲線型，屬施工難度最大的市政管線。后于2000年采用HDPE管作為襯里進(jìn)行穿插修復(fù)，一次成功，至今使用良好。