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)
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。