鍋爐燃氣燃燒器不銹鋼噴嘴腐蝕開裂原因分析

劉海亮（福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院寧德分院，福建 寧德352100）

1 噴嘴腐蝕開裂形貌與取樣情況

文章通過實際檢測某工廠100t/h燃氣鍋爐燃燒器不銹鋼噴嘴運行情況，得到該工廠所應用的噴嘴材質為ASMESA312TP310S，在長時間的運行過程中，發(fā)現鍋爐燃氣燃燒器不銹鋼噴嘴在其彎曲的一側出現開裂問題，裂紋寬度為20mm，嚴重降低鍋爐燃氣燃燒器工作質量，不銹鋼噴嘴腐蝕情況如下圖1、圖2所示。

圖1 噴嘴彎管一側封閉端開裂形貌

圖2 噴嘴彎管嚴重腐蝕部位

在不銹鋼噴嘴沒有出現裂紋的一側，割取光譜和拉伸；對于出現腐蝕、開裂區(qū)域采取割取金相和端口措施，為后期的對比試驗提供對比數據。

2 化學成分分析

為了得到有效鍋爐燃氣燃燒器不銹鋼噴嘴出現腐蝕開裂的原因，需要對出現問題的噴嘴開展化學成分分析工作。在實際檢測過程中，檢測人員需要嚴格遵循化學檢測標準，并利用固定式全譜直讀光譜儀得到準確的噴嘴化學成分。通過分析化學結果，可知該噴嘴的化學材質符合初始標準。

3 機械性能試驗

在檢測鍋爐燃氣燃燒器不銹鋼噴嘴過程中，還需要開展不銹鋼噴嘴機械性能試驗。在開展試驗前，試驗人員要根據檢測規(guī)范，對不銹鋼噴嘴彎管材料進行拉伸試驗，其抗拉強度和常溫屈服強度符合使用標準，在對出現腐蝕和斷裂的彎管進行檢測，得到彎管伸長率遠遠低于正常值；在拉伸試驗結束后，不銹鋼噴嘴彎管材料沒有出現縮頸情況，并且出現開裂的區(qū)域展現出脆性斷裂特征。

4 金相組織觀察

檢測人員需要對圖1 處出現開裂位置的彎管材料，并對其進行磨制、拋光和侵蝕處理，然后在將其放置到觀察鏡下，發(fā)現該開裂區(qū)域的彎管存在著結焦附著物和滲碳層。通過增加顯微鏡倍數來提高觀察系數，再次觀察，能夠發(fā)現彎管內部結焦附著物呈現塊狀，并以連續(xù)網狀存在，遠離彎管內部的結焦附著物主要以斷續(xù)鏈狀存在，并且滲碳層出現縮小趨勢；結焦附著物內部存在著大量的碳化物物質，如圖3所示。通過細致觀察，可知越靠近彎管內部碳化物物質的含量就越高，其內部滲碳層的深度對比于外部滲碳層厚度下降，所出現的晶界物質數量降低。對圖2出現嚴重腐蝕情況的彎管進行取樣觀察，先將彎管外部進行磨制和拋光，然后通過顯微鏡進行檢查，可知彎管嚴重腐蝕區(qū)域的晶界氧化程度較大，并且內部出現大量的碳化物物質；靠近彎管內部區(qū)域的形狀較為類似，其氧化程度較輕。

圖3 開裂部位橫截面靠近內壁的金相組織

5 SEM形貌觀察及能譜分析

為了得到更加準確的鍋爐燃氣燃燒器不銹鋼噴嘴腐蝕開裂的原因，檢測人員還應當將出現腐蝕情況的彎管進行SEM形貌觀察，以此得到準確的原因。在實際運行過程中，檢測人員需要先對出現嚴重腐蝕問題的彎管進行取樣，然后將其處理后，通過電鏡觀察，會發(fā)現彎管內部存著較多的裂紋和空隙；對其中出現的碳化物析出相和奧氏體集體進行分析，能夠發(fā)現彎管滲透層的主要由各類元素構成，其中Cr 元素占比為41.5%、基體元素占比為22.8%，而Ni 元素僅占比0.8%、碳化物由于結合晶界物質并消耗大量的Cr 元素，含量較低，占比為1.7%；對碳元素進行能譜分析，可知C元素在彎管基體和碳化物中含有較大的比例；對出現腐蝕和開裂區(qū)域的結焦物進行分析，可知其內部含量大量的C 元素、O 元素和Fe 元素。而Cr、Ni 元素占比率都下降到0.5%以下，但是在這其中還檢測到有毒物質。

6 分析

通過對100t/h燃氣鍋爐燃燒器不銹鋼噴嘴實際運行情況進行分析，可知其運行過程中，出口溫度能達到1300℃，而不銹鋼噴嘴處溫度不低于850℃，向其中投入的燃料成分主要有甲烷和丙烯、異丁烷等烴類物質。當運行過程中，燃料在鍋爐燃燒器內部出現流動不穩(wěn)定情況后，再加上內部溫度分布不均勻，會導致不銹鋼噴嘴處受熱不同，出現不同程度的結焦情況，高溫結焦物會隨著氣體的流動而聚集到不銹鋼噴嘴彎管處，進而會造成不銹鋼噴嘴出現腐蝕和開裂問題。

7 結語

綜上所述，通過實際分析燃氣燃燒器噴嘴開裂情況，可知出現不銹鋼噴嘴腐蝕和開裂的原因主要為高溫結焦。當出現結焦后，在高溫狀態(tài)下，會出現高溫滲碳情況，進而出現噴嘴腐蝕問題。因此在未來鍋爐燃氣燃燒器發(fā)展過程中，需要合理使用燃燒材料，盡可能降低對液體烴類的使用量，并保證氣體流動的穩(wěn)定性，避免不銹鋼噴嘴彎道局部過熱，從而提高鍋爐燃氣燃燒器工作質量。