省煤器漏水原因分析

(上海市锅炉压力容器检验所,上海 200062)

摘 要:某型号为KCTK35/402100锅炉省煤器,在运行两年多时间内发生多次爆管事故。采用化学分析、金相检验及扫描电镜等分析方法对锅炉省煤器穿孔漏水原因进行了分析。结果表明,省煤器管内外壁共同腐蚀是引起其快速穿孔的原因,内壁产生了溶解氧腐蚀,外壁产生了氧化腐蚀及硫腐蚀。

关键词:省煤器管;溶解氧腐蚀;氧化腐蚀;硫腐蚀

某单位一台KCTK35/402100锅炉于1994年底投入运行,在运行两年多时间内省煤器管发生多次爆管漏水事故。1996年该锅炉第三层省煤器管发生漏水现象,在恢复运行了两个月后第二层省煤器管又出现漏水现象。该锅炉工作压力3.9MPa;蒸发量3.5t/h;省煤器管材料为20g钢,规格为<28mm×3mm。为防止类似事故重复发生,对第二层省煤器管穿孔原因进行了分析研究。 1 理化检验 1.1 宏观检验

穿孔管段位于省煤器下部,其管外壁氧化皮呈片状剥落,在穿孔附近剥落更为严重,见图1。管内壁存在较多大小及深度不一的圆形腐蚀斑及腐蚀凹坑,腐蚀凹坑的尺寸一般为<5mm×1.2mm～<1.5mm×0.3mm,凹坑内有黑色腐蚀产物;除此之外,管内壁上还存在大小不等的圆形腐蚀鼓包,直径为1～5mm,鼓包表面呈现砖红色,其内有黑色粉末状物,剥

去鼓包可见到一溃疡坑,坑内堆着黑色腐蚀产物,且腐蚀产物越多,腐蚀坑就越深,穿孔管段内壁形貌见图2。

在穿孔处及穿孔附近其管子壁厚都有减薄现象,最厚为2mm,减薄了1mm;在穿孔处壁厚仅为0.2mm,减薄了2.8mm;在内壁腐蚀不很严重处,其壁厚也有减薄现象,表明该处壁厚减薄是由于外壁腐蚀而引起的,见图3。整段管子内壁水垢均很薄,水垢厚约为0.5mm。

1.2 化学成分分析

在穿孔管上取样进行化学成分分析(质量分数),结果列于表1。可见,该穿孔管化学成分符合GB/T699-1998标准中20g钢的技术要求。

1.3 金相检验

在穿孔部位截取纵向及横向试样,经磨制、抛光,在光学显微镜下观察,该管子材料非金属夹杂物按GB/T10561-1989《钢中非金属夹杂物显微评定方法》标准评定为A1和D1(总量为2级);横截面试样经4%硝酸酒精溶液侵蚀后观察,管内壁有腐蚀凹坑,凹坑内充满灰黑色氧化物,见图4;穿孔管子显微组织为铁素体 呈片状的珠光体,见图5。

1.4 扫描电镜及能谱分析

用PHILIPS公司XL230扫描电镜(SEM)及DX24X射线能谱色散谱(EDS)分别对穿孔处内外壁不同区域进行观察。穿孔管内壁腐蚀鼓包处及腐蚀凹坑处经能谱分析含较多的氧,电镜观察到的腐蚀产物为氧化物,表明管子内壁发生了氧腐蚀。图6为腐蚀鼓包形貌,图7为腐蚀凹坑处腐蚀产物的形貌。

在穿孔管外壁检测到较多的氧和硫,其腐蚀产物的电镜形貌见图8,表明管子外壁受到氧和硫的腐蚀。各区域的能谱分析结果列于表2。

2 结果分析

(1)化学成分分析结果表明,省煤器管材料符合GB/T699-1998中20g钢的规定要求。

(2)金相检验结果表明,穿孔管材料中夹杂物含量不高,其显微组织正常。

(3)穿孔管内壁水垢很薄,可判定该锅炉给水硬度合格。

(4)穿孔管内壁存在较多大小不等的红褐色鼓包,且其内有黑色粉状物,剥去鼓包则呈现一溃疡坑,这些是氧腐蚀的宏观特征。金相检验及扫

描电镜也都观察到了氧化物腐蚀产物。能谱分析结果表明,腐蚀鼓包及腐蚀凹坑处均含较多的氧,这也说明穿孔管内壁发生了较严重的氧腐蚀,表明了给水除氧处理不良。经调查,在运行过程中,除氧设备曾发生过故障,因未能及时修理导致了除氧不良。

(5)在穿孔管外壁检测到较多的氧和硫,扫描电镜也观察到各种形态的腐蚀产物,表明了管子减薄处外壁产生了氧化腐蚀和硫腐蚀。经调查,上层省煤器曾数次发生爆管漏水现象,致使管内炉水大量喷射到下部炉管上,由于管子温度较高,遇到炉水后会发生强烈氧化腐蚀,形成大量氧化皮剥落。硫腐蚀的产生是由于烟气中含有一定量的SO2和SO3,在正常状态下,气态的SO2和SO3在不很高的温度下对金属不产生腐蚀作用,但如果SO2和SO3遇到水就会生成弱的亚硫酸和硫酸,它们对金属有腐蚀作用。由于上层省煤器泄漏水条件的存在,极易发生硫腐蚀。另外,当省煤器温度较低时,烟气中的水蒸气如果凝结成水,也会与烟气中的SO2和SO3结合生成弱的亚硫酸和硫酸,并凝聚在省煤器管外表面,使其受到硫腐蚀,这种硫腐蚀通常发生在烟气温度低于“露点”时。据有关资料介绍,烟气中SO2和SO3含量越高,则露点温度越高,无SO3的烟气,露点约为50℃,若烟气中含有少量SO3,就会使露点温度明显升高,可达120～160℃,管壁温度愈低或烟气的露点温度越高,则愈易发生硫的低温腐蚀。 3 结论

该省煤器管在外壁受到严重氧化腐蚀和硫腐蚀的同时,给水中的溶解氧对其内壁也产生腐蚀,导致其在短时间内穿孔漏水。应该指出的是,外壁的氧化腐蚀为化学腐蚀,而内壁的腐蚀是溶解氧腐蚀,为电化学腐蚀,两者腐蚀机理不同。

4 预防措施

(1)燃烧脱硫。使用添加剂(如石灰石、白云石等)以吸收或中和烟气中的SO3,避免结露,从而减少烟气中的SO3含量,达到控制燃烧的目的。

(2)加强运行管理,切实做好除氧工作。

常温过滤式除氧的工作原理常温过滤式除氧属化学除氧，它采用专门生产的活性海绵铁(直接还原铁)来去除水中溶解氧，海绵铁主要成分是铁，其疏松多孔的内部结构，提供的比表面积是普通铁屑的5-10万倍，可使水中的氧与铁发生迅速彻底的氧化反应，使溶解氧稳定

在0.05mg/L以下，其反应式为： 2Fe2+ + 2H2O + O2→2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+ 2H2O +O2→4Fe(OH)3

反应产物Fe(OH)2、Fe(OH)3为不易溶于水的絮状沉淀，当随着水流经其余的海绵铁颗

粒时被拦截下来，只要用一定强度的反洗水流就可以冲洗干净(大约5分钟)。 海绵铁的消耗量很低，根据处理水量与水质的不同，一般3 - 6个月补充一次即可。 (经过除氧后的中增加了少量的铁离子,一般为0.2 - 0.5mg/L，对于热水锅炉来说仍符合国家规定的水质标准，但对于蒸汽锅炉或对给水Fe2+有严格要求的给水除氧来说，可以加装

除铁装置，去除水中的Fe2+)

作为水除氧剂的海绵铁是利用粒度在-200目以下的Fe3O4 粉末粘结在一起，粒度为2-5mm左右。因其还原过程发生置换反应，形成一定数量的空隙，还有粉末微粒粘结时的空隙，使得除氧剂孔隙极高，比表面积大，又因其为原生矿直接还原所得，相对纯净，所以活

性极高，极与水中的氧发生反应生成Fe3O4，从而达到除氧目的。同时利用率也得到提高到

90%以上。

该产品经多家单位使用后，效果十分理想，出水含氧量降到0.05mg/L以下，处理每立

方米水仅消耗25g左右，真正做到了高质量、低成本运行。

因不经软化的水易使除氧剂表面发生钝化，使其氧化减慢，而影响除氧效果，故应先软

化再除氧。使用一段时间后，应进行反洗。

HG/T21574-94 耳

防磨片

设备吊

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