張林全
(獨(dú)山子石化公司熱電廠機(jī)動(dòng)科,新疆 獨(dú)山子 833600)
在工業(yè)生產(chǎn)的工廠中,很多鍋爐因垢下腐蝕,造成鍋爐壽命降低,鍋爐泄漏頻繁。垢下腐蝕是造成鍋爐爐管泄漏的重要原因,腐蝕速度快,一般鍋爐運(yùn)行30000小時(shí)左右就容易出現(xiàn)腐蝕穿孔,甚至導(dǎo)致鍋爐因受熱面爐管爆破泄漏,嚴(yán)重威脅鍋爐的運(yùn)行安全。鍋爐的垢下腐蝕又分為堿性腐蝕、酸性腐蝕等幾個(gè)類型,不同類型的鍋爐垢下腐蝕機(jī)理各不相同,下面我們談?wù)勫仩t垢下腐蝕的機(jī)理以及解決方案。
當(dāng)水垢附著于鍋爐的受熱面后,鍋爐受熱面爐管運(yùn)行超溫,位于水垢下方水份急劇蒸發(fā),造成爐管會(huì)因超溫運(yùn)行而受損,存在水垢的爐管也容易受到腐蝕,這種腐蝕稱為鍋爐垢下腐蝕,不同類型的鍋爐垢下腐蝕機(jī)理各不相同,鍋爐垢下腐蝕又分為以下幾種類型,主要有垢下氧化電化學(xué)腐蝕、堿腐蝕、酸腐蝕。
在鍋爐長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中,因?yàn)闋t內(nèi)的水質(zhì)不達(dá)標(biāo)或者水質(zhì)太硬,水中會(huì)含有大量的鈣、鈉、鎂等元素,這些元素一旦形成沉積,就會(huì)在鍋爐爐管內(nèi)表面形成水垢。因鎂、鈣等物質(zhì)的可溶性,但在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中,這些可溶性物質(zhì)被加熱轉(zhuǎn)化成為不可溶性的物資,所以在受熱面形成一層鍋爐垢。
由于鍋爐受熱面結(jié)垢,導(dǎo)致爐管導(dǎo)熱系數(shù)成倍數(shù)下降,鍋爐垢下金屬壁溫較正常運(yùn)行時(shí)要高,當(dāng)溫度超過(guò)鍋爐使用的金屬材料允許溫度時(shí),爐管會(huì)因超溫而產(chǎn)生蠕變,強(qiáng)度隨之降低。鍋爐爐管在惡劣的運(yùn)行工況下,在垢下腐蝕部位開始出現(xiàn)穿孔、鼓包、裂紋,最終導(dǎo)致鍋爐泄漏停爐,嚴(yán)重影響鍋爐安穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)行。
我廠老區(qū)6臺(tái)鍋爐在2017年以及2018年,先后多次因垢下腐蝕造成鍋爐泄漏停爐。
2018年,我廠6#爐因泄漏停爐,經(jīng)割管檢測(cè),水冷壁管泄漏處位于水冷壁管迎火面中心位置,肉眼可見水冷壁管外表面有裂紋,裂紋長(zhǎng)度經(jīng)游標(biāo)卡尺測(cè)量約16mm。沿水冷壁管鰭片處縱向剖開,水冷壁管迎火面內(nèi)壁可見有大量疏松狀的垢物,將結(jié)垢物沖洗干凈后,發(fā)現(xiàn)泄漏處內(nèi)壁存在一呈鑿槽狀腐蝕坑,腐蝕坑底有明顯水流沖擊形貌,其中心部位即為泄漏處,腐蝕坑內(nèi)壁覆著黑色腐蝕產(chǎn)物(圖1)。在腐蝕坑周圍進(jìn)行取樣分析,開展硬度、金相分析,并測(cè)量該區(qū)域管壁厚度最小為3.12mm,相比正常管壁厚度5.15mm,減薄了2.03mm。
圖1 腐蝕坑內(nèi)表面
鍋爐在長(zhǎng)期運(yùn)行后,大量的水垢層附著于鍋爐爐管內(nèi)表面,特別是鍋爐高溫?zé)嶝?fù)荷區(qū)以及水循環(huán)不好的區(qū)域,并隨著鍋爐運(yùn)行年限的延長(zhǎng),垢量不斷加厚。爐管的傳熱系數(shù)成部降低,爐管也會(huì)存在局部超過(guò)金屬允許溫度運(yùn)行,導(dǎo)致金屬材料蠕變的發(fā)生。
鍋爐停工時(shí)期,內(nèi)表面可能接觸到空氣,發(fā)生電化學(xué)腐蝕,腐蝕即便在鍋爐投入運(yùn)行后,腐蝕因素消除,但可能發(fā)生二次腐蝕,形成Fe3O4,當(dāng)鍋爐再次停運(yùn)時(shí),鐵銹又被氧化成高價(jià)鐵,這樣的過(guò)程隨著鍋爐啟停次數(shù)增加,金屬的腐蝕損害越烈,隨著金屬表面的氧化物分配不同,在局部區(qū)域形成成積垢。經(jīng)統(tǒng)計(jì)6#爐在近4年開停工多達(dá)9次,如果在開停工過(guò)程中對(duì)水冷壁管腐蝕因素考慮不足,可能導(dǎo)致水冷壁管內(nèi)壁局部區(qū)域積垢。
鍋爐爐水水是除氧水、除鹽水,PH值為8.0左右,含有一定的鈉離子,一般運(yùn)行情況,不會(huì)發(fā)生堿腐蝕。但垢層下方部分介質(zhì)在高溫蒸濃作用下,會(huì)濃縮成高濃度的堿溶液,高濃度的堿溶液會(huì)溶解金屬表面Fe2O3,直接與金屬表面在高溫高壓情況下形成反應(yīng),另外,Na2FeO2經(jīng)過(guò)進(jìn)一步水解使NaOH被還原,并析出氫,反應(yīng)形成的H2易于在金屬材料的相界、產(chǎn)生微裂紋區(qū)域、晶界區(qū)域、孔洞區(qū)域、及位錯(cuò)區(qū)等內(nèi)部缺陷區(qū)域聚集,同時(shí),其與晶界的C化物反應(yīng)形成CH4氣體,當(dāng)集聚的CH4分壓超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度時(shí),金屬內(nèi)部產(chǎn)生裂紋,并且隨著反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行,裂紋擴(kuò)展并形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),向外壁持續(xù)擴(kuò)展。
因此,本次泄漏的主要原因就是水冷壁管在小修前,在氫腐蝕的作用下,在內(nèi)壁形成氫致裂紋,并且已擴(kuò)展到接近外壁處,使得該水冷壁管有效厚度大大降低,當(dāng)水冷壁管的有效厚度無(wú)法承載介質(zhì)的作用,會(huì)在外壁處擴(kuò)展形成裂紋并產(chǎn)生泄漏。
垢下腐蝕的對(duì)爐管的危害性極大,防止?fàn)t管結(jié)垢以及結(jié)垢后及時(shí)進(jìn)行處理,對(duì)爐管運(yùn)行壽命起著重要的作用。
在新建鍋爐投用前,需要進(jìn)行鍋爐化學(xué)清洗,確保鍋爐爐管內(nèi)部雜物被清洗干凈,并在鍋爐水側(cè)爐管內(nèi)部形成一層金屬保護(hù)膜。在鍋爐投入運(yùn)行后,需要依據(jù)《火力發(fā)電廠化學(xué)監(jiān)督導(dǎo)則》,對(duì)鍋爐定期開展化學(xué)術(shù)監(jiān)督工作?;瘜W(xué)分析班組的人員每天必須對(duì)鍋爐水、汽質(zhì)量進(jìn)行采樣分析,并將分析結(jié)果與在線儀表測(cè)量值進(jìn)行對(duì)照,當(dāng)比對(duì)存在偏差時(shí),需要及時(shí)通知熱工人員進(jìn)行表計(jì)校核,確保在線表計(jì)投用率以及準(zhǔn)確性。
爐型 汽包鍋爐 直流爐主蒸汽壓力 <5.9MPa 5.9~12.6MPa 12.7~15.6MPa >15.6MPa 垢量g/m2 >600 >400 >300 >250 >200清洗間隔年限a 10~15 7~12 5~10 5~10 5~10
鍋爐在運(yùn)行期間保證爐水水質(zhì)在合格范圍內(nèi),當(dāng)汽水質(zhì)量出現(xiàn)劣化時(shí),應(yīng)迅速檢查化驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性以及取樣的代表性,并綜合分析系統(tǒng)中汽、水質(zhì)量的變化,迅速開展相關(guān)水處理,迅速將爐水水質(zhì)恢復(fù)至合格范圍。
在鍋爐大修時(shí)或大修前的最后一次檢修期間,應(yīng)進(jìn)行水冷壁割管檢測(cè),測(cè)定爐管內(nèi)部垢量,當(dāng)爐管管內(nèi)部垢量超過(guò)導(dǎo)則允許范圍時(shí)(表1),應(yīng)安排進(jìn)行鍋爐化學(xué)清洗,將爐管內(nèi)部的積垢清洗到允許范圍,防止后期因爐管大量結(jié)垢造成垢下腐蝕。
在鍋爐停運(yùn)期間,根據(jù)鍋爐停運(yùn)時(shí)長(zhǎng),制定鍋爐停爐保養(yǎng)方案,并組織實(shí)施。
因鍋爐未認(rèn)真開展化學(xué)監(jiān)督造成爐管出現(xiàn)垢下腐蝕,要立即組織對(duì)鍋爐進(jìn)行全面普查,確定垢下腐蝕區(qū)域,對(duì)該區(qū)域爐管進(jìn)行更換處理,防止垢下腐蝕引起的泄漏發(fā)生,在更換爐管后,立即安排進(jìn)行鍋爐化學(xué)清洗。
通過(guò)研究鍋爐垢下腐蝕的形成機(jī)理,在知道垢下腐蝕對(duì)鍋爐爐管的危害后,必須保證鍋爐在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,重視鍋爐受熱面結(jié)垢的預(yù)防,從而保證鍋爐長(zhǎng)周期安穩(wěn)運(yùn)行,避免因垢下腐蝕導(dǎo)致鍋爐泄漏停爐,給企業(yè)帶來(lái)?yè)p失。