鍋爐低溫再熱器內(nèi)壁腐蝕原因分析及預(yù)防措施

王奉平，李健，趙愛民

(山東華能萊蕪熱電有限公司，山東 萊蕪 271102)

鍋爐低溫再熱器內(nèi)壁腐蝕原因分析及預(yù)防措施

王奉平，李健，趙愛民

(山東華能萊蕪熱電有限公司，山東 萊蕪 271102)

某電廠330 MW亞臨界鍋爐由于屏式再熱器、墻式再熱器內(nèi)壁腐蝕而發(fā)生2次泄漏事故。結(jié)合現(xiàn)場割管檢查、沉積物檢測、金相及機械性能分析報告，從化學水處理和啟、停爐運行操作等方面入手，分析了低溫再熱器產(chǎn)生腐蝕的原因，提出了現(xiàn)場處理方案和針對性防腐措施。

亞臨界鍋爐；低溫再熱器；內(nèi)壁腐蝕；泄漏

0 引言

近幾年來，受我國火力發(fā)電裝機規(guī)?？焖僭鲩L和電力結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟因素等的影響，火電機組調(diào)停次數(shù)和機組備用時間顯著增加。做好鍋爐運行和停運期間的受熱面保護，防止因各種形式腐蝕而造成機組泄漏停機，成為火力發(fā)電廠金屬化學監(jiān)督的重要內(nèi)容。

1 泄漏事故概況

某電廠330 MW 機組#4鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的SG-1025/17.47-M880型亞臨界、中間一次再熱控制循環(huán)Π型汽包爐，采用全鋼構(gòu)架和全懸吊結(jié)構(gòu)，累計運行5萬多h，額定負荷時再熱蒸汽入口壓力為3.73 MPa，出口溫度為541 ℃。

鍋爐再熱器由低溫再熱器(包括墻式輻射再熱器、屏式再熱器)和高溫再熱器(末級再熱器)組成。墻式輻射再熱器布置于爐膛上部前墻和兩側(cè)墻前部，在折焰角及延伸側(cè)墻斜煙道上依次布置屏式再熱器、末級再熱器。墻式再熱器管管材為12Cr1MoV(?54mm×4.5mm)，屏式再熱器管管材為12Cr1MoV(?63mm×4.0mm)，末級再熱器管管材為T91(?63mm×4.0/4.5mm)。2016年下半年以來，該電廠連續(xù)發(fā)生2次低溫再熱器泄漏事故(如圖1所示)，造成很大經(jīng)濟損失。

圖1 再熱器2次泄漏位置示意

低溫再熱器2次泄漏事故基本情況見表1。

2 割管檢查情況

#4鍋爐發(fā)生屏式再熱器和墻式再熱器泄漏后，為了徹底查清#4鍋爐及同期投運的#5鍋爐再熱器、過熱器運行狀況，分析泄漏原因，以便采取相應(yīng)處理方案和防范措施，分別利用機組停運機會對#4，#5鍋爐泄漏位置及其他相同部位的再熱器、過熱器管進行割管檢查，檢查情況如下。

(1)檢查#4鍋爐屏式再熱器下彎頭直管段65根管子，發(fā)現(xiàn)10多根管子內(nèi)部存在不同程度的腐蝕坑；檢查墻式再熱器入口下彎頭404根管子，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)墻式再熱器多根彎頭存在水漬，30多根管子內(nèi)部存在不同程度的腐蝕坑，特別是碳鋼和12Cr1MoV鋼對接焊縫、密封板焊縫的內(nèi)壁熱影響區(qū)腐蝕尤為嚴重。

(2)檢查#5鍋爐屏式再熱器下彎頭直管段20根管子、墻式再熱器入口下彎頭108根管子，內(nèi)壁外觀未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕，但除去表面腐蝕物后，個別管子存在較淺的腐蝕坑；另外，墻式再熱器入口多根彎頭有較輕水漬。

(3)為了查明汽水品質(zhì)是否對其他受熱面產(chǎn)生影響，檢查#4鍋爐后屏過熱器和末級再熱器下彎頭各2根，內(nèi)壁未發(fā)現(xiàn)異常。

表1 低溫再熱器2次泄漏事故基本情況

圖2 #4鍋爐屏式再熱器下彎管(泄漏管)內(nèi)壁形貌

圖3 #4鍋爐墻式再熱器泄漏管下彎頭內(nèi)壁形貌

檢查管段全部用新管進行了恢復(fù)。

3 檢測分析

3.1 內(nèi)壁垢樣化學檢測

依據(jù)DL/T1151—2012《火力發(fā)電廠垢和腐蝕產(chǎn)物分析方法》，對#4鍋爐屏式再熱器、墻式再熱器管下彎頭內(nèi)壁棕紅色粉狀固體垢樣進行分析，具體分析結(jié)果見表2。檢測結(jié)果表明，固體垢樣的主要成分為鐵的氧化物，另外還有二氧化硅、硫酸酐和氧化鈉。

3.2 機械性能及金相檢測

在泄漏管附近取樣，按GB/T228.1—2010《金屬材料室溫拉伸試驗方法》進行材料機械性能檢測，檢測結(jié)果見表3。GB5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》中規(guī)定，12Cr1MoVG的抗拉強度為470～640MPa，屈服極限≥255MPa，伸長率≥21%。從檢驗結(jié)果可以看出，材料的機械性能符合標準要求。

取樣管的金相檢測如圖4所示，從圖4可以看出，向火側(cè)橫截面金相組織為鐵素體、珠光體，珠光體區(qū)域形態(tài)明顯，球化級別為1～2級，說明未腐蝕位置的管子性能保持良好狀態(tài)。

3.3 機組化學設(shè)備存在的問題

2015年，#4機組凝結(jié)水電導(dǎo)率經(jīng)常大于0.25μS/cm，爐水氯離子質(zhì)量濃度超標(>200μg/L)，若排污不及時，爐水氯離子質(zhì)量濃度高達400μg/L以上，而同期運行的#5機組爐水氯離子質(zhì)量濃度正常。爐水氯離子代表性檢測數(shù)據(jù)如下：2015年4月，#5鍋爐爐水氯離子質(zhì)量濃度合格，#4鍋爐爐水氯離子質(zhì)量濃度超標(分析值為1 400μg/L，標準值為≤200μg/L)，鍋爐連排平均流量為6.2t/h。

凝結(jié)水高速混床運行控制不當，造成高速混床出水氯離子質(zhì)量濃度超標。現(xiàn)場檢查#4機組高速混床運行記錄，4A，4B高速混床再生時累計水量為131 070t左右，已氨化運行(高速混床陽樹脂氫型運行方式設(shè)計周期制水量為70 000t)，對應(yīng)的在線電導(dǎo)率和pH計的數(shù)據(jù)分別為0.060μS/cm，6.06；混床水量為50 000t時，在線電導(dǎo)率數(shù)據(jù)記錄有0.040，0.050μS/cm，說明電導(dǎo)率儀表檢測失準(發(fā)電用高純水電導(dǎo)率不會低于0.055μS/cm)；高速混床沒有一一對應(yīng)的在線鈉表。高速混床出水2次取樣送山東電力研究院測定，氯離子質(zhì)量濃度均超標(>3μg/L)；該電廠運行規(guī)程規(guī)定凝結(jié)水高速混床再生以氫電導(dǎo)率>0.15μS/cm，鈉離子質(zhì)量濃度≥5μg/L作為控制指標，超過GB12145—2016《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》要求。

表2 固體垢樣成分分析結(jié)果 %

表3 取樣管拉伸試驗結(jié)果

圖4 屏式再熱器取樣管金相組織(向火側(cè)橫截面)

3.4 鍋爐疏放水系統(tǒng)及停運后運行操作分析

為了查明停爐后墻式再熱器下彎頭積水的原因，對現(xiàn)場墻式再熱器疏水管道布置情況進行檢查(如圖5所示)。墻式再熱器入口集箱未設(shè)置專門的疏水管，但是在集箱就近的事故噴水管上裝有疏水管，此事故噴水管道疏水管與其他系統(tǒng)疏水管一起并入下水包放水總管，最后進入定排擴容器。

圖5 墻式再熱器入口事故噴水管道疏水示意

運行規(guī)程規(guī)定：鍋爐熄火0.5h后開啟再熱器冷段疏水及再熱器向空排汽門，以便烘干再熱器；汽包壓力降至0.5MPa時，首先開啟省煤器再循環(huán)門、下水包定排門對水冷壁和汽包進行熱態(tài)放水，待汽包壓力降至0.2MPa時，再對其他過熱器、減溫水等系統(tǒng)進行放水操作，利用鍋爐余熱將鍋爐烘干。

實際操作中，當汽包壓力降至0.5MPa后，#4鍋爐運行人員未嚴格按照《鍋爐放水操作卡》中操作順序執(zhí)行。從圖5可以看出，當鍋爐下水包疏水大量進入疏水總管時，由于還有一定壓力，很容易造成一部分爐水(濕蒸汽)通過事故噴水總疏水管倒流回墻式再熱器入口(這時再熱器排空門在開啟狀態(tài))，進而進入整個再熱器系統(tǒng)。當鍋爐冷卻后，這些濕蒸汽逐漸冷凝，導(dǎo)致低溫再熱器下彎頭積水或處于潮濕狀態(tài)。而末級再熱器位置靠后且距離排汽門最近，能夠及時烘干，不容易發(fā)生積水和潮濕現(xiàn)象。

4 泄漏原因分析

4.1 泄漏管內(nèi)部結(jié)垢

從屏式再熱器和墻式再熱器泄漏管內(nèi)部狀態(tài)可以看出，局部存在嚴重的銹蝕問題，其中墻式再熱器內(nèi)部結(jié)垢嚴重，其原因為：(1)機組運行和啟動過程中汽水質(zhì)量較差，如氫電導(dǎo)率、鐵的質(zhì)量濃度和氯離子質(zhì)量濃度超標，容易析出沉積物；(2)停爐放水過程中，沒有嚴格按規(guī)程規(guī)定進行操作，造成墻式再熱器和屏式再熱器下彎頭(包括#5鍋爐)長期積水或處于潮濕狀態(tài)；(3)機組調(diào)停次數(shù)較多，特別是長期備用停運期間，停用保養(yǎng)不好形成銹蝕產(chǎn)物；(4)焊接質(zhì)量不佳，部分焊縫內(nèi)部凸起后，由于內(nèi)徑減小，其后的管子表面易析出溶解鹽沉積物。

4.2 腐蝕穿孔

(1)蒸汽中的氯離子隨著氧化鐵和銹蝕產(chǎn)物沉積在管子內(nèi)表面的垢層中，嚴重阻礙碳鋼和低合金鋼的表面形成連續(xù)致密的氧化鐵膜，從而在腐蝕陽極區(qū)起到加速腐蝕的作用；特別是在碳鋼和12Cr1MoV鋼對接焊縫、密封板焊縫的熱影響區(qū)，容易造成附近管段金屬組織及性能突變，在運行和停用期間，汽水質(zhì)量不好導(dǎo)致管內(nèi)濕度大，這些局部金屬性能變差的部位成為電化學腐蝕陽極，其他金屬表面為大陰極，從而形成腐蝕坑。如果有腐蝕產(chǎn)物覆蓋，形成加速點蝕，穿孔時間將會進一步變短[1]。

5 預(yù)防措施

從分析結(jié)果可知，#4鍋爐低溫再熱器產(chǎn)生內(nèi)壁腐蝕的主要原因是運行及維護不當，為此采用了以下預(yù)防措施。

(1)對#4鍋爐低溫再熱器下彎頭進行換管。換管前，應(yīng)對新管子進行質(zhì)量驗收，內(nèi)外表面不應(yīng)有腐蝕、坑點及銹蝕產(chǎn)物；焊接時控制好參數(shù)，避免對焊縫附近金屬組織及性能造成損壞。

(2)針對#4機組高速混床出水氯離子質(zhì)量濃度超標的問題，經(jīng)分析為高速混床內(nèi)部陰陽樹脂比例不符合要求，陰樹脂偏少，運行中出現(xiàn)漏氯現(xiàn)象，添加部分陰樹脂后消除了爐水氯離子質(zhì)量濃度超標現(xiàn)象。對導(dǎo)致爐水氯離子質(zhì)量濃度超標的其他可能原因，如凝汽器存在輕微泄漏點、低壓加熱器及凝結(jié)水泵等涉及負壓系統(tǒng)的疏放水閥門嚴密性不佳、供熱站在投入#4機組汽源時凝結(jié)回水水質(zhì)不合格等情況，逐一排查并予以消除。

(3)嚴格執(zhí)行運行規(guī)程中的停爐放水操作規(guī)定，修訂《鍋爐放水操作卡》，明確每一步操作時間或參數(shù)。必要時，可以在鍋爐下水包放水前先關(guān)閉墻式再熱器入口事故噴水管道疏水門，鍋爐壓力到0后再開啟，確保再熱器系統(tǒng)停爐后處于干燥狀態(tài)。

(4)給水采用氧化性全揮發(fā)處理(AVT(O))方式，由于爐水采用氫氧化鈉處理方式，適當提高爐水pH值，停爐時間較長時，盡可能將pH值提至10.0左右。

(5)加強運行監(jiān)督，機組啟動階段要嚴把水汽質(zhì)量關(guān)，運行階段要嚴格控制水汽品質(zhì)，減少管道積存鹽分的可能性。

(6)詳細記錄停機保養(yǎng)過程的給水pH值、鍋爐放水溫度、熱爐烘干時間等參數(shù)；在熱爐烘干的基礎(chǔ)上進行抽真空，確保熱力系統(tǒng)內(nèi)部濕度不大于60%。

(7)加強長期停爐后的受熱面防護工作，在保證熱爐烘干的基礎(chǔ)上，采用十八胺作為停爐保護液。

采取以上措施后，#4機組再未發(fā)生泄漏停機事故，2017年對#4機組進行臨停檢查，所有受熱面均保持良好狀態(tài)，驗證了上述技術(shù)措施的有效性。

[1]趙永寧，邱玉堂.火力發(fā)電廠金屬監(jiān)督[M].北京：中國電力出版社，2007：153-157.

[2]鞏耀武，管炳軍.火力發(fā)電廠化學水處理實用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2014：119-129.

[3]陳穎敏，武洋,田雷.防止熱力設(shè)備氧腐蝕技術(shù)[J].山西化工，2006，26(2)：33-35，39.

[4]韓剛，王寧輝.探討鍋爐的氧腐蝕及停爐保養(yǎng)[J].化學工程與裝備，2009 (1)：82-83.

(本文責編：劉芳)

2017-06-23；

2017-08-01

TK 224.9

B

1674-1951(2017)08-0032-04

王奉平(1967—)，男，山東萊蕪人，高級工程師，副總工程師，從事電廠運行管理方面的工作(E-mail:wangfengping@163.com)。