一起由煮爐引起的水冷壁爆管事故

張永鋒　吳文虎　王亢亢

摘 要：針對(duì)一臺(tái)新鍋爐運(yùn)行2個(gè)月后的水冷壁爆管事故，對(duì)爆管部位結(jié)構(gòu)、使用情況、和水冷壁管的檢驗(yàn)情況進(jìn)行分析，找到了爆管的原因并提出了相應(yīng)的解決方法。

關(guān)鍵詞：煮爐；堿腐蝕；水冷壁爆管；分析及處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.064

0 前言

一臺(tái)新安裝鍋爐在運(yùn)行不到2個(gè)月后，發(fā)生爆管事故。該鍋爐為DZL10-1.6-AII型新型水火管鍋爐。兩側(cè)布置有翼型煙道，為單回程螺紋煙管結(jié)構(gòu)。

1 事故情況

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)兩側(cè)墻水冷壁發(fā)生泄漏，泄漏處為從前向后數(shù)左側(cè)第4根，右側(cè)第5根，泄漏點(diǎn)在傾斜管上段。位置示意如圖1。

對(duì)鍋內(nèi)進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)水垢，有沉積的少量銹渣。水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果表明，給水符合要求。測(cè)厚結(jié)果表明，兩側(cè)墻水冷壁向火側(cè)管壁減薄嚴(yán)重。減薄水冷壁管主要集中在從前向后數(shù)第1-12根上（1-13根在前、后拱之間，暴露在爐膛的高溫區(qū)內(nèi)，從第14根向后的水管，由于后拱遮擋，僅和折轉(zhuǎn)后沿后拱上部向后流動(dòng)的煙氣進(jìn)行換熱）。減薄最嚴(yán)重的水冷壁管為第4、5、6根，測(cè)厚最薄處為1.0mm，第12根為2.8mm，從第13根向后的水管測(cè)厚值在2.9-3.1mm之間（設(shè)計(jì)為Φ51×3mm）。減薄的水冷壁管內(nèi)向火面（傾斜段下部）沉積銹渣較多，約2.0mm。減薄的水冷壁管割管檢查情況如圖2、圖3。圖中管壁較薄，有凹凸不平腐蝕坑的區(qū)域?yàn)閮A斜管段向火面。

2 原因分析

從檢查情況看，爆管事故是由于水冷壁管內(nèi)壁腐蝕減薄，導(dǎo)致管壁最終承受不住內(nèi)壓而發(fā)生的?，F(xiàn)場(chǎng)詢問(wèn)相關(guān)人員得知，該鍋爐在啟用前，用氫氧化鈉和磷酸三鈉進(jìn)行了煮爐，煮爐后未打開(kāi)鍋爐進(jìn)行沖洗、清渣，擱置了6天后，投入運(yùn)行，煮爐堿液也未進(jìn)行排放。綜合上述情況，我們認(rèn)為該鍋爐在使用時(shí)間較短的情況發(fā)生腐蝕泄漏，應(yīng)該是介質(zhì)濃縮腐蝕所致。

介質(zhì)濃縮腐蝕的主要特征如下：

（1）主要發(fā)生在水冷壁有局部濃縮的地方，也就是沉積物下面、縫隙內(nèi)部。（2）熱負(fù)荷較高的地方。（3）腐蝕速度較快，一般為1.5～5.0毫米/年。介質(zhì)濃縮腐蝕分為酸腐蝕和堿腐蝕，其中酸腐蝕常發(fā)生在比較致密的沉積物下面，其反應(yīng)為：

陽(yáng)極反應(yīng)： Fe→Fe2++2e 陰極反應(yīng)：2H++2e→2H

由于陰極反應(yīng)在金屬表面進(jìn)行，所產(chǎn)生的氫有一部分?jǐn)U散到鋼中，產(chǎn)生氫脆，引起金屬機(jī)械性能、金相組織的變化，會(huì)出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象。對(duì)泄漏區(qū)域的水冷壁管內(nèi)外壁進(jìn)行的金相分析表明，其組織為珠光體+鐵素體，無(wú)異常，也沒(méi)有脫碳現(xiàn)象，排除了酸腐蝕的可能。因此我們認(rèn)為水冷壁管的減薄是由于堿腐蝕造成的。堿腐蝕常發(fā)生在多孔沉積物下面。爆口附近有凹凸不平的腐蝕坑，坑下金屬的金相組織和機(jī)械性能都沒(méi)有改變，符合本次爆管的特征。具體分析如下：

由于煮爐后，銹渣脫落，沉積在水冷壁傾斜管段上，而煮爐的水未排放，使鍋水PH值較高。當(dāng)受熱較強(qiáng)時(shí)，沉積的銹渣下鍋水被不斷濃縮，使銹渣下水的PH值進(jìn)一步升高。形成高濃度的NaOH。

當(dāng)PH值在10-12之間時(shí)，鋼的腐蝕速度最小，此時(shí)會(huì)在鋼的表明生成的致密的Fe3O4保護(hù)膜，從而減低鋼的腐蝕。但當(dāng)PH>13時(shí)，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：Fe3O4+4NaOH→2NaFeO2+Na2FeO2+2H20

上述反應(yīng)的發(fā)生使生成的Fe3O4保護(hù)膜被破壞，而生成的產(chǎn)生NaFeO2和Na2FeO2在PH較高的情況下是可溶的，從而使金屬裸露在高濃度的鍋水中，發(fā)生堿腐蝕，反應(yīng)如下：

陽(yáng)極反應(yīng)： 3Fe→3 Fe2++6e 陰極反應(yīng)：6H20+6e→6OH-+6H

生成的3Fe2++6OH-→Fe3O4+2H20+2H

由于反應(yīng)產(chǎn)物Fe3O4不能形成保護(hù)膜，腐蝕反應(yīng)繼續(xù)下去。氫是在氧化物和鍋水界面上析出，很快被鍋水帶走，所以不會(huì)擴(kuò)散到金屬中去，因此不會(huì)形成氫脆，出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象。水冷壁管最終因腐蝕而不斷減薄。由于第4、5、6根水冷壁管受熱最強(qiáng)，因此運(yùn)行時(shí)，其熱負(fù)荷較高的區(qū)域腐蝕速度最快，最終因管壁腐蝕減薄承受不住內(nèi)壓而爆破、泄漏。

3 處理情況

對(duì)減薄嚴(yán)重的水冷壁管進(jìn)行更換。為避免出現(xiàn)堿性腐蝕，對(duì)未更換的水冷壁管和對(duì)流管用高壓水進(jìn)行沖洗，清除沉積的銹渣。運(yùn)行中，嚴(yán)格按水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)控制鍋水的PH，避免酸性和堿性腐蝕的出現(xiàn)。

4 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

鍋爐煮爐是為了為清除鍋爐在制造、運(yùn)輸、存放及安裝時(shí)所形成的銹蝕及油垢。煮爐應(yīng)按技術(shù)要求進(jìn)行；煮爐后，應(yīng)放掉鍋水，清理鍋筒、集箱、水管內(nèi)的積渣，并沖洗與藥液接觸過(guò)的閥門(mén)，檢查排污閥是否堵塞等。如果應(yīng)用不當(dāng)，不按技術(shù)要求進(jìn)行，不僅達(dá)不到煮爐的效果，還可能使鍋爐產(chǎn)生事故隱患。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔洵潔.熱力設(shè)備的腐蝕與防護(hù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，1998.