電廠鍋爐水冷壁管出現(xiàn)內(nèi)腐蝕缺陷的原因與對策

王灝

（內(nèi)蒙古岱海發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 涼城013700）

電廠鍋爐水冷壁管內(nèi)部的水投入之前，會經(jīng)過化學(xué)處理，防止出現(xiàn)水垢問題，然而從實(shí)際的實(shí)踐成果上來看，即使經(jīng)過了全面的水體處理，但是依然會由于一些因素的存在，導(dǎo)致在鍋爐的長期運(yùn)行中，逐漸出現(xiàn)內(nèi)腐蝕現(xiàn)象，因此在具體的處理階段，必須要能夠通過對內(nèi)腐蝕現(xiàn)象成因的分析之后，建立專業(yè)性的管理標(biāo)準(zhǔn)和維修制度。

1 電廠鍋爐水冷壁管出現(xiàn)內(nèi)腐蝕缺陷的原因

1.1 故障基本情況

本文的研究過程中，以某電廠的鍋爐水冷壁管為研究對象，發(fā)現(xiàn)該該系統(tǒng)內(nèi)還有兩臺鍋爐，爐膛的周圍由φ60×6.5 毫米，節(jié)距為80 毫米的管道組成，該區(qū)域內(nèi)的所有管道材質(zhì)為20G，爐膛的寬度為11.92 米，深度為10.8 米，高度為45 米。水冷壁管整體上可以分為上部、中部、下部以及燃燒器區(qū)域四個部分，煤粉燃燒器的配置高度為14.4～20.2 米，前后區(qū)域內(nèi)的水冷壁下部管道傾斜度為50°，并且在其中構(gòu)成的冷灰斗中或許籠壁上部內(nèi)，向爐膛內(nèi)部彎折3 米，從而構(gòu)成折焰角，前后和兩側(cè)的水冷壁管最終構(gòu)成了四個回路，形成了16 路循環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的結(jié)果圖如圖1。

從2019 年11 月起，1#鍋爐連續(xù)發(fā)生了三次水冷壁爆管問題，且爆管之后發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)的補(bǔ)水率急劇提升，補(bǔ)水量最大的時間點(diǎn)上達(dá)到了30t/h，且爐膛出口水平處的煙道運(yùn)行中，排煙區(qū)域的最大溫度差值達(dá)到了150℃。

1.2 外觀檢查

在外觀檢查過程中，通過割管檢查方法，可以確定發(fā)生事故鍋爐在管口處的背火側(cè)管內(nèi)，通過肉眼觀察發(fā)現(xiàn)整個結(jié)構(gòu)表面平滑，并且管壁的厚度正常，而對于向火側(cè)，內(nèi)壁則呈現(xiàn)出坑穴狀特點(diǎn)，并且其中存在黑色的垢層，且該結(jié)構(gòu)局部表現(xiàn)為偏紅色，具體的了檢查結(jié)果圖如圖2。

圖1 鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置方法

圖2 管道爆口形態(tài)和坑穴形態(tài)

對于解剖后的管壁厚度分析可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)生事故的爐管和旁側(cè)隨機(jī)選擇了的10 根水冷壁管中，解剖之后發(fā)現(xiàn)具有明顯的腐蝕坑，并且對其中某一處腐蝕坑進(jìn)行了進(jìn)一步的測量，發(fā)現(xiàn)管道母材的平均厚度為7.13 毫米，且經(jīng)過腐蝕之后，整個腐蝕坑內(nèi)最薄處的管壁厚度，僅有4.37 毫米，減小的厚度參數(shù)為2.76 毫米。

1.3 金相檢查

在金相檢查過程中，發(fā)現(xiàn)每個試樣在內(nèi)壁和外壁上隨機(jī)選擇一處，落實(shí)金相的分析工作，通過樣本的具體檢測工作，發(fā)現(xiàn)在其中兩條管道的構(gòu)造區(qū)域，其中存在的局部組織發(fā)生了四級完全球化現(xiàn)象，這表明整個結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度會大幅度下降，而對于其他的各種管道，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生的球化反應(yīng)等級相對較低，但是等級也達(dá)到了二級到三級，因此可以發(fā)現(xiàn)，從整個管道的運(yùn)行效果上來看，所有管道都呈現(xiàn)出承力性能下降現(xiàn)象。

1.4 力學(xué)測試

力學(xué)測試過程中，測量的參數(shù)包括抗拉強(qiáng)度參數(shù)、屈服強(qiáng)度參數(shù)、延伸率參數(shù)，從所有被測量管道的測試結(jié)果上來看，抗拉強(qiáng)度都不小于260N/mm2，而標(biāo)準(zhǔn)值為245N/mm2；對于屈服強(qiáng)度，都不小于430N/mm2，而標(biāo)準(zhǔn)值為410N/mm2；延伸率都大于34%，標(biāo)準(zhǔn)值為25%。因此，從取得的試驗(yàn)效果上來看，對于力學(xué)測試結(jié)果，所有檢測的樣本都符合力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，從所有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，爆管問題的成因主要是管壁出現(xiàn)了內(nèi)腐蝕現(xiàn)象和珠光體組織球化現(xiàn)象。

1.5 內(nèi)腐蝕成因

爐管表面出現(xiàn)缺陷的成因可能包括應(yīng)力斷裂、疲勞磨損、腐蝕以及質(zhì)量控制失誤等，而所有的失效形式，成因和表現(xiàn)特征不同。對于應(yīng)力斷裂，主要是處于過熱運(yùn)行狀態(tài)；疲勞失效則通常意味著有氧化皮和裂紋特征；管壁沖擊磨損主要發(fā)生在管道的外壁區(qū)域，特征為管道的外壁厚度減??；高溫腐蝕和低溫腐蝕則主要集中和發(fā)生在煙氣區(qū)域內(nèi)，失效表現(xiàn)的宏觀為出現(xiàn)坑穴狀、麻點(diǎn)狀的溝槽。

在本文分析的案例過程中，發(fā)現(xiàn)在所有缺陷的形成階段中，水冷壁上并不存在過熱運(yùn)行工作環(huán)境，同時整個爐管的外壁處于正常工作狀態(tài)，并不存在橫向性的裂紋，因此通過對之前已經(jīng)取得所有綜合分析信息的探索，可以判定集中式爆管的故障原因?yàn)楣赶赂g，其原因在于，由于該管道運(yùn)行時間過長，為25 年，因此即使在日常的工作過程，已經(jīng)對水體本身進(jìn)行了處理，但是依然會在長年累月的工作過程中，在管壁上逐漸生成水垢[1]。

在水垢出現(xiàn)之后，由于水垢本身具有極差的傳熱性，因此該區(qū)域的金屬管壁溫度會急劇提高，之后鍋爐內(nèi)的水會逐漸滲入到水垢下，會在該區(qū)域內(nèi)發(fā)生急劇的蒸濃作用，爐水出現(xiàn)高度濃縮現(xiàn)象時，爐水中的氫氧根會在管壁中最終形成簡化腐蝕環(huán)境，從而讓水冷壁的內(nèi)壁保護(hù)膜受到破壞。在爐水的作用下，形成堿性原電池效應(yīng)，并且該過程伴隨有氧腐蝕，陰極上發(fā)生的反應(yīng)會生成氫氣，而氫氣能夠和鋼中的滲碳體反應(yīng)，使得鐵的體積縮小，讓管道的結(jié)構(gòu)變化，從而使得管壁強(qiáng)度下降，且該區(qū)域的問題影響速度加快，此時管壁的薄弱處無法承受汽水介質(zhì)的壓力，從而發(fā)生爆管問題。

2 電廠鍋爐水冷壁管出現(xiàn)內(nèi)腐蝕缺陷的對策

2.1 缺陷部分更換

從取得的解剖結(jié)果上來看，水冷壁管中存在大量的水垢，最終會讓該區(qū)域的管道壁厚參數(shù)大幅度下降，從而整個管道內(nèi)部不具備酸洗條件，另外由于四個爐墻的工作環(huán)境處于基本相同狀態(tài)，因此產(chǎn)生的缺陷也基本相同，所以可以推測的是，即使其他區(qū)域并未出現(xiàn)爆管問題，但是在后續(xù)運(yùn)行過程，依然存在較高的爆管問題發(fā)生概率，因此為了能夠保障該機(jī)組的安全運(yùn)行狀態(tài)，必須要能夠?qū)σ呀?jīng)發(fā)生腐蝕區(qū)域的水冷壁管進(jìn)行全面性的更換[2]。為了能夠確定更換的高度，需要對鍋爐后墻上不同區(qū)域水冷壁管落實(shí)具體的檢查工作。

在本文研究的案例中，對1#鍋爐后部墻體中，甲向乙方向上的第58 根和第115 根管道進(jìn)行擴(kuò)大區(qū)域的檢查工作，最終發(fā)現(xiàn)，在鍋爐標(biāo)高13 米高度處向下，和33 米向上兩個部分，并不能夠依靠肉眼直接觀察到水壁管的結(jié)垢問題，并且管道的內(nèi)壁狀態(tài)良好，因此可以確定這兩個區(qū)域無需進(jìn)行管道的更換。而在鍋爐標(biāo)高13～33 米的區(qū)域內(nèi)，需要對其中所有的水冷壁管進(jìn)行大規(guī)模的更換。

2.2 汽水品質(zhì)達(dá)標(biāo)

在鍋爐的運(yùn)行過程中，不會讓所有的管壁內(nèi)部通過化學(xué)反應(yīng)，降低其中所存在的各類離子，但是在具體的處理過程中，必然無法實(shí)現(xiàn)全面的消除，因此可以推測的是，水冷壁管在后續(xù)的運(yùn)行質(zhì)量必然會受到影響，只不過水垢的生成速率方面可以經(jīng)過人類控制，因此在具體的工作階段，必須要能夠落實(shí)對鍋爐水、給水系統(tǒng)以及其他汽水品質(zhì)的監(jiān)督工作，并且要能夠完全依照作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)定模式以及工作規(guī)范，對所有的汽水品質(zhì)進(jìn)行抽樣檢查，每次抽樣都需要借助專業(yè)的工作模式，讓所有的人員把最終所取得的工作參數(shù)進(jìn)行高精準(zhǔn)度的記錄，同時抽樣檢測次數(shù)不得少于3 次。另外在鍋爐的后續(xù)運(yùn)行過程，要定期或不定期排放其中存在的污水，通過增加頻率的方法，可以防止由于各類水質(zhì)本身的問題，導(dǎo)致其中存在的污水中離子在管壁上積累。

2.3 落實(shí)金相監(jiān)督

通常情況下，水冷壁管的設(shè)計(jì)使用年限為10 萬小時，但是這并不是意味著一旦超過10 萬小時，水冷壁管內(nèi)必然會出現(xiàn)內(nèi)腐蝕問題和爆管問題，但是要注意的是，超出了設(shè)計(jì)使用壽命時，出現(xiàn)爆管問題和內(nèi)腐蝕問題的概率會大幅度增加，同時由于機(jī)組的啟停操作過程中，也會對水管本身的腐蝕效果造成一定的影響，因此在日常的工作階段，必須要根據(jù)水冷壁管的設(shè)置型號、設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)和使用原則對其進(jìn)行配置[3]。要求在每次鍋爐的檢修期間內(nèi)，需要有計(jì)劃性對水冷壁管的各類管道進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查，重點(diǎn)分析是否存在腐蝕鼓包、裂紋和變形現(xiàn)象。另外要對取得的樣本進(jìn)行金相檢查和分析工作，唯有如此才可以進(jìn)一步分析該水冷壁管在實(shí)際的運(yùn)行過程中，是否存在嚴(yán)重的風(fēng)險和問題，而當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在大面積風(fēng)險時，則需要立即將其替換。

2.4 構(gòu)造自控系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)的建設(shè)過程中，企業(yè)可以通過對整水冷壁管系統(tǒng)運(yùn)行過程中所有參數(shù)的監(jiān)管和記錄，系統(tǒng)性分析當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行過程中是否存在安全隱患。比如針對水質(zhì)的檢查系統(tǒng)，考慮到在管道的運(yùn)行過程中，只是對于其中一些金屬離子的沉降，最終形成了水垢，因此需要在系統(tǒng)內(nèi)，全面配置針對這類離子的專業(yè)檢查傳感器，且該傳感器要能夠直接和報警系統(tǒng)與運(yùn)行控制中樞關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)存在運(yùn)行問題時，要第一時間發(fā)出警報信息，從而讓所有的人員參與到對水質(zhì)的進(jìn)一步協(xié)調(diào)和處理工作。另外也需要對水冷壁管中的一些設(shè)施運(yùn)行過程中，所存在的薄弱點(diǎn)加強(qiáng)檢查，尤其是對于水冷壁管的溫度，更是需要通過實(shí)時的監(jiān)管工作，研究當(dāng)前是否處于高穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

綜上所述，電廠鍋爐水冷壁內(nèi)腐蝕現(xiàn)象的原因是，管道長期運(yùn)行過程中，會在管道內(nèi)生成水垢，而且由于水垢導(dǎo)熱性較差，會在水垢下方形成原電池反應(yīng)環(huán)境，從而讓管道出現(xiàn)腐蝕問題，降低了承力性能。對于內(nèi)腐蝕缺陷的緩解，可以采取的方法包括對已經(jīng)腐蝕管道的全面替換、構(gòu)造自動控制系統(tǒng)、落實(shí)自動監(jiān)督工作等。