關(guān)于水冷壁高熱負(fù)荷區(qū)域腐蝕爆管的分析及預(yù)防研究

陳斌

摘要：分析了廣州市××熱電有限公司2號(hào)爐水冷壁爆管原因；通過對(duì)失效樣品的幾何尺寸測(cè)量、維氏硬度試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)、金相分析、內(nèi)壁垢量測(cè)定、外壁氧化皮和內(nèi)壁垢層能譜成分分析，得出爆管原因；根據(jù)原因分析，提出解決問題的應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：自然熱循環(huán)煤粉爐；水冷壁管；爆管分析；預(yù)防措施

1.背景情況及存在問題

廣州市××熱電有限公司2號(hào)爐為東方鍋爐廠制造的DG420/9.8-Ⅱ2型、鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)、單爐膛露天布置、平衡通風(fēng)、四角切圓燃燒方式、固態(tài)排渣、100MW高溫高壓自然熱循環(huán)煤粉爐，主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1、2號(hào)機(jī)組于2005年10月投產(chǎn)，至2016年9月份水冷壁爆管時(shí)累計(jì)運(yùn)行約84000小時(shí)。

2#爐水冷壁由480根管組成，其中前后墻各127根，兩側(cè)墻各113根，規(guī)格為60×5mm，材料牌號(hào)為20G，水冷壁管內(nèi)工質(zhì)設(shè)計(jì)溫度為320℃，設(shè)計(jì)壓力為11.5Mpa，運(yùn)行壓力約11.2MPa，運(yùn)行溫度約320℃。拋機(jī)組至2016年9月28日水冷壁爆管時(shí)累計(jì)運(yùn)行約84000小時(shí)，兩次爆管的水冷壁管子為機(jī)組投產(chǎn)以來未更換過的管子，運(yùn)行時(shí)間為2005年10月至今，運(yùn)行約8.4萬(wàn)小時(shí)。

2號(hào)爐水冷壁于2016年9月28日發(fā)生爆管，爆管為爐后側(cè)從B側(cè)數(shù)第22根，位置為第1層吹灰器的第1個(gè)吹灰口下方約06米處，離燃燒口約3米，爆口上部5mm處存在一道廠家焊口。2016年10月23日，2#爐爐后側(cè)水冷壁為爐后側(cè)9，B側(cè)數(shù)第15根，位置為第1層吹灰器的第1個(gè)吹灰口下方垂直距離約0.6米處，離燃燒口垂直距離約3米，爆口處于廠家焊口下方5mm處。水冷壁兩次發(fā)生爆管的外觀類型相似，處于廠家焊口處，同在一個(gè)水冷壁標(biāo)高上，管子內(nèi)壁焊縫處向火側(cè)都存在明顯結(jié)垢，2號(hào)爐凝汽器管材質(zhì)為黃銅。為查明爆管的原因，廣州市××熱電有限公司委托××熱工研究院有限公司對(duì)2號(hào)爐水冷壁爆管取樣（樣品在××熱工研究院有限公司材料部編號(hào)為201667-1）進(jìn)行失效分析。

2.爆管取樣試驗(yàn)失效分析

2.1幾何尺寸測(cè)量

管樣的幾何尺寸（外徑和壁厚）測(cè)量結(jié)果如表2所示。由表2可以發(fā)現(xiàn)：管樣爆口部位脹粗值6.30%，已超過DL/T438的規(guī)定；其他部位的外徑未見脹粗。管樣僅在爆口部位存在明顯壁厚減薄，其他部位的壁厚未見減薄；爆口部位壁厚減薄值20.8%，尚未達(dá)到DL/T 939規(guī)定的上限值。

2.2維氏硬度試驗(yàn)

按照GB/T4340.1在HVS-50型維氏硬度機(jī)上對(duì)2個(gè)金相環(huán)樣進(jìn)行維氏硬度試驗(yàn)，試驗(yàn)載荷98N，保載時(shí)間10秒，結(jié)果見表3。由表可見：管樣僅爆口部位的硬度明顯較低，最低值為106HV，已低于DL/T438規(guī)定的下限值，其他部位的硬度值符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

2.3拉伸試驗(yàn)

按照GB/T 228在MTS810電液伺服試驗(yàn)機(jī)上對(duì)拉伸試樣在室溫下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，結(jié)果見表4。由表可見：管樣的規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率符合GB5310對(duì)20G新管的規(guī)定，管樣向火側(cè)的各項(xiàng)拉伸性能指標(biāo)均略低于其背火側(cè)。

2.4金相分析

在管樣爆口部位和遠(yuǎn)離爆口部位各制取1個(gè)金相環(huán)，在OLYMPUS GX71光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行金相分析，按照DL/T 674-1999金相球化評(píng)級(jí)，經(jīng)過分析得出：

（1）爆口部位向火側(cè)外壁存在氧化皮略厚，最厚為0.20mm；遠(yuǎn)離爆口部位向火側(cè)外壁氧化皮較薄，為0.10mm。

（2）爆口部位向火側(cè)內(nèi)壁存在較厚垢層，最厚為1.0mm，振層中可見大量的亮黃色Cu顆粒；遠(yuǎn)離爆口部位向火側(cè)內(nèi)壁垢層較薄。

（3）爆口部位內(nèi)外壁存在較多的沿壁厚方向發(fā)展的蠕變微裂紋和孔洞，顯微組織中存在較多蠕變孔洞，珠光體球化5級(jí)；爆口部位背火側(cè)及遠(yuǎn)離爆口向、背火側(cè)的金相組織為鐵素體加珠光體，珠光體未見球化，為1級(jí)。

2.5內(nèi)壁垢量測(cè)定

在遠(yuǎn)離爆口部位制取垢量測(cè)量試樣，按照DI/T 794-2012對(duì)管樣內(nèi)壁垢量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表5。由表可見：管樣向火面內(nèi)壁垢量為332.0g/m²，尚未達(dá)到DL/T 794規(guī)定的需要化學(xué)清洗上限值。

2.6外壁氧化皮和內(nèi)壁垢層能譜成分分析

用INCA-sight能譜儀（EDS）對(duì)爆口部位橫截面外壁氧化皮和內(nèi)壁垢層進(jìn)行能譜成分分析，結(jié)果見表6，測(cè)試位置見圖1。圖1中，管樣外壁氧化皮主要元素為鐵和氧，還均存在少量腐蝕性元素硫及鈣、硅、鋁。管樣內(nèi)壁垢層主要元素為鐵和氧，還存在銅、磷、鎂，其中銅局部含量高達(dá)14.43%，磷高達(dá)15.64%。

3爆管基本特征及原因分析

3.1爆管類型

綜合以上試驗(yàn)分析結(jié)果，鍋爐水冷管爆管基本特征主要有一下幾點(diǎn)。爆口位于管樣向火側(cè)，呈縱向開口，爆口張開較小，縱向長(zhǎng)13.0mm，寬1.5mm；爆口附近內(nèi)壁的焊口存在焊縫根部凸出現(xiàn)象，最高1.5mm，尚未達(dá)到DLff 869規(guī)定的上限值。

（1）爆口部位存在明顯鼓包和外壁結(jié)渣，稍遠(yuǎn)離爆口外壁未見明顯結(jié)渣；爆口部位外壁氧化皮金相截面最厚為02mm，其主要元素為鐵和氧，還均存在少量腐蝕性元素硫及鈣、硅、鋁。

（2）爆口對(duì)應(yīng)的內(nèi)壁局部存在較厚的紅褐色垢層，爆口部位內(nèi)壁垢層金相截面最厚為1.0mm，垢層中可見大量的亮黃色銅顆粒；內(nèi)壁垢層主要元素為鐵和氧，還存在銅、磷、鈣，其中銅局部含量高達(dá)14.43%，磷高達(dá)15.64%；稍遠(yuǎn)離爆口內(nèi)壁未見明顯垢層，其向火面內(nèi)壁垢量為332.0g/m²，尚未達(dá)到DL/T 794規(guī)定的需要化學(xué)清洗上限值。

（3）爆口部位的硬度已低于DL/T438規(guī)定的下限值，其他部位的硬度值符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；管樣的規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，管樣向火側(cè)的各項(xiàng)拉伸性能指標(biāo)均略低于其背火側(cè)。endprint