大型电厂锅炉高负荷区水冷壁管氢腐蚀原因的分析

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  摘要:本文介绍了大型电厂锅炉水冷壁在高负荷区经常发生氢腐蚀爆管的情况,并采用理化、金相等技术手段,进行分析,指出了其共性特征和形成机理,在此基础上,提出了相应的防治措施与建议。
  关键词:大型电厂 氢腐蚀 高负荷 水冷壁 原因
  中图分类号:TB 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)29-362-02
  一、概述
  当金属和周围介质接触时,由于发生化学作用和电化学作用而引起的破坏叫做金属腐蚀。金属腐蚀现象十分普遍。电站金属材料可发生氢腐蚀、氧腐蚀、硫腐蚀、应力腐蚀等多种腐蚀。在高温高压下,钢中的碳及渗碳体与渗入的氢发生反应,生成甲烷,致使钢内部脱碳并形成裂纹,称之为氢腐蚀。氢腐蚀是一种不可逆的反应,形成速度快,破坏性强,对电厂的安全生产造成很大威胁。国内不少电站锅炉都发生过水冷壁管的氢腐蚀事故,不仅严重影响了电厂的安全运行、经济效益,而且带来了不利的社会影响。
  为减少此类事故的发生,有必要对水冷壁氢腐蚀爆管进行分析与探讨。
  二、氢腐蚀爆管的判定
  水冷壁发生爆管的原因是多种多样的。水冷壁发生爆管后,要从多方面对爆管的性质进行判定。
  水冷壁氢腐蚀爆管的一般判定程序如下。
  2.1 宏观分析
  氢腐蚀主要发生在水冷壁管的向火侧的高负荷区。水冷壁氢腐蚀爆管的宏观形貌。爆口附近管径基本没有胀粗,边缘粗钝,爆口管壁减薄较少,呈脆性破坏。管壁内表面有明显的腐蚀区,腐蚀区内可见大小不一、深度不等的的腐蚀坑,蚀坑呈溃疡状,有弯弯曲曲的小沟道。腐蚀产物可用锐器剥离。爆口处管内壁有坚硬的褐红色腐蚀产物,内壁腐蚀使管壁减薄,在最薄处爆管。
  2.2 微观分析
  对爆破管进行金相分析,观察裂纹的形态、深度及金相组织情况,结果如下:
  1.抛光后(未浸蚀),在显微镜下观察爆口处和管内壁,发现存在大量黑色弯曲状微裂纹,裂纹内无腐蚀产物。
  2.爆口处浸蚀后的试样。图中基体组织为铁素体加珠光体。在整个视野内,珠光体量明显减少,黑色条状为晶间微裂纹。从管壁的内表面一直深入到基体的内部,数量极多。裂纹在脱碳层内产生,离内壁愈近处,晶间裂纹较多,珠光体量明显减少;离内壁愈远处,晶间裂纹较少,珠光体量接近正常。小裂纹呈网状分布,大裂纹是由大量的微小裂纹组成。只要有裂纹经过的地方,就会有明显的脱碳现象,脱碳程度由内壁向外壁逐渐减少。管内壁的金相组织,珠光体已完全消失,形成了脱碳层,这是氢与钢中的碳结合所造成的。这些微裂纹破坏金属晶粒之间的联系,致使金属的强度和塑性降低。塑性变形能力降低的水冷壁管在外力的作用下,最终发生脆性破坏。
  3. 脱碳层与正常金相组织之间的过渡区。离开内壁愈近的,则晶间裂纹较多,而珠光体量变少;离开内壁愈远的,则晶间裂纹较少,而珠光体量变多。
  4. 离开腐蚀区较远处水冷壁管母材金相组织正常,未发现晶间裂纹,也没有脱碳现象,其金相组织为正常组织。
  三、氢腐蚀的形成机理
  氢是唯一能扩散至钢和其它金属内部的物质。从水冷壁管金属检验结果看,爆口区存在明显的脱碳现象和沿晶裂纹,这说明钢中的碳与氢结合,金属中的碳被置换掉,因而造成钢中珠光体消失和脱碳现象,反应均生成甲烷,甲烷在钢中的扩散能力很低,极易聚集在晶界原有的微观空隙内。随着反应不断进行,晶间上的甲烷量不断积聚增多,与原先氢原子所占的容积相比,甲烷的分子很大,无法在钢中扩散,于是在晶粒间产生巨大的局部内压力,其数值可达1.8×105公斤/平方厘米,于是沿晶界生成晶间裂纹,从而使钢内部造成微裂纹,使钢的性能急剧降低。这些微裂纹使金属的晶粒之间联系破坏,致使金属的强度和塑性降低,失去塑性变形能力,在外力的作用下形成脆性破坏。
  造成水冷壁管氢腐蚀的原因是多方面的,归纳起来主要有以下几个方面:
  3.1蒸汽腐蝕
  锅炉运行时,火焰中心调整不当,使水冷壁管某些部位的热负荷过高。爆管均发生在炉膛热负荷较高区域水冷壁管子的向火侧,说明热负荷对腐蚀有影响。炉内火焰偏斜、热负荷分布不均,局部热负荷变化幅度较大,造成局部管壁金属温度波动和超温,破坏了水冷壁管内表面钝化膜的连续性,而钝化膜遭到破坏地方,具有很高的腐蚀活性。所以在水冷壁的向火侧,高负荷区容易发生氢腐蚀。由于局部受热面热负荷偏高,当受热面管子管壁金属温度大于400℃,管内产生汽水分层或蒸汽停滞时,就可能发生蒸汽腐蚀,反应式为:3Fe+4 H2O→Fe3O4+8[H]
  正常情况下,管子的内表面覆盖一层致密的保护膜,反应生成的氢被循环的炉水带走,不会渗入钢中。而当运行工况出现异常时,情况就会发生变化。如果产生的氢原子不能很快被蒸汽带走,就会在较高的温度作用下通过晶格和晶界向水冷壁向火侧钢内扩散,并与钢中的渗碳体、游离碳发生反应,造成氢腐蚀。发生的化学反应如下:
  氢分子与钢中渗碳体发生反应:2H2+Fe3C→3Fe+CH4氢分子与钢中游离碳发生反应:2H2+C→CH4氢原子与钢中游离碳发生反应:4[H]+C→CH4
  上述所有反应均生成甲烷CH4,致使沿晶界生成晶间裂纹,进而产生微裂纹,使应力集中显著增加;如果有积垢的存在使导热性变差,引起管壁局部温度剧增,又加速了腐蚀的进程。如此反复进行,形成恶性循环,微裂纹逐渐连成网状,钢的强度、韧性急剧下降,无法承受运行的工作应力,最终导致水冷壁管沿晶开裂。
  3.2碱性腐蚀
  腐蚀过程如下:首先,pH值过高的炉水中产生游离的氢氧化钠,在受热面的附着垢物下发生浓缩,可达很高的浓度,使炉管表面的保护膜溶解,这部分钢与炉水中的游离氢氧化钠反应生成氢和亚铁酸钠,后者水解为四氧化三铁和氢。
  当腐蚀产物达到一定厚度时,氢向水中扩散的能力减弱,便开始向金属内部渗透,进而产生氢腐蚀。   化学反应为:3Fe+6NaOH→3Na2FeO2+6[H] 3Na2FeO2+4 H2O→Fe3O4+6 NaOH+2[H]
  反应初期的腐蚀产物并不是很多,但一旦形成腐蚀产物,因其热阻较大,必将导致腐蚀产物下局部金属基体的温度升高和盐类浓缩,两者互相促进,使腐蚀加剧,温度更高。在腐蚀过程中形成的氢起初会被水流带走,当腐蚀产物达到一定厚度时,氢向水中扩散的能力减弱,便开始向金属内部渗透,进而产生氢腐蚀。
  由于碱性腐蚀生成的四氧化三铁为水解产物,故与金属基体结合不好,具体表现为分层,且有气孔;而通过蒸汽腐蚀生成的四氧化三铁与基体结合较为致密。
  3.3酸性腐蚀
  水质不良,或化学控制系统局部失灵等,使酸性盐类进入水系统;另外,停炉化学清洗时带进杂质、清洗不当,也会导致腐蚀发生。
  当pH值过低时,会产生酸性腐蚀,破坏管内壁的保护膜。具有腐蚀性的炉水可以直接与金属基体发生如下的反应:Fe+2H+→Fe2++2H
  四、氢腐蚀的现场检验
  电站锅炉水冷壁一旦产生氢腐蚀,被腐蚀的水冷壁管往往是大量的,而不是局限在某单一的管段。在以后的运行中,被腐蚀的水冷壁管就会随机的发生爆管,严重的影响电站锅炉的安全运行。所以必须对被腐蚀的水冷壁管进行全面的检验和处理。但是进行氢腐蚀检验较困难,发生氢腐蚀后的水冷壁管一般都需要进行大面积的换管。如进行现场检验,可用以下方法:
  超声法:用超声测厚仪测量垂直管段向火面的管壁壁厚,显示管壁厚度降低的部位便可能是发生氢腐蚀的部位;另外,用测量超声声速的变化来检验氢腐蚀也是一种较好的方法,缺点是需要打磨炉内的水冷壁管,工作量很大。
  涡流法:用专用的涡流探伤检测仪器进行检测。优点是无需打磨炉内的水冷壁管,效率高,缺点是准确率稍差。
  内窥镜法:条件允许情况下,用探头线较长的内窥镜观察水冷壁内壁,优点是检验直观、准确率很高,但检验前需大量割管。为防止割管时水冷壁变形下坠,可以采用间隔割管法,割下的水冷壁管检验完成后需要及时焊接,然后再割下一批管。
  X射线拍片法:这是比较有效的方法,但费用较高。氢腐蚀在X射线底片上显示为一个黑点,并伴随管壁的减薄,黑点越黑或越大,氢腐蚀越严重。
  五、结论
  5.l 锅炉运行和锅炉监察
  1.锅炉运行时应防止炉管的局部汽水循环不良和超温,不得超负荷运行。管壁温度和局部热负荷过高,将导致氢腐蚀生成和扩展速度加快。应调整炉内空气动力场,调整炉膛燃燒带的面积、位置,使受热面热负荷均匀。
  2.电站锅炉水冷壁管发生氢腐蚀后,被腐蚀的水冷壁管未更换前锅炉应降参数运行,从而减少水冷壁管爆管的概率。
  3.加强对锅炉水冷壁管的日常监督,在水冷壁壁温较高处设监察管。结合大、小修,割取水冷壁管样进行检查。
  5.2 金属监督和检验
  1.水冷壁管产生氢腐蚀后,金属检验人员应及早采取无损检测等手段,对水冷壁管内壁腐蚀情况进行普查,以确定换管的位置、长度和数量,更换腐蚀坑较深的水冷壁管,避免已经腐蚀损坏的水冷壁管继续爆漏而造成多次停炉。
  2.应主动配合锅炉监察监督壁厚、管径、组织和力学性能变化,重点检验分析碳化物成分和脱碳层以及管内壁垢的成分。
  5.3 化学运行和化学监督
  1.严格执行《火力发电厂水汽化学监督导则》的有关规定。安装完善化学监控仪表,加强对化学运行的监督管理工作,完善化学质量控制标准与紧急事故处理工作程序。
  2.为避免发生氢腐蚀,首先应全面开展汽水品质监测,保证水质良好。造成水质劣化的原因是多方面的,如机组运行不稳定、机组检修期间水汽系统腐蚀、启动冲洗不彻底、凝汽器泄漏、精处理旁路门不严等。
  3.锅炉管抵抗腐蚀的能力取决于水的pH值和污染物的量。水冷壁管内壁形成的磁性保护层会在pH值>12或<5时不稳定而溶解,进一步加剧腐蚀。电厂化学加药方式必须保证炉水pH值合格,高压锅炉炉水pH值为9~10。
  4.应加强水处理设备和加药系统的检修。注意局部加药浓度有可能高于整个炉水系统的浓度,但取样时却无法反映出来,存在一定的不均匀性和滞后性;为此,必须保证水处理设备和加药系统设备的完好性。
  5.电厂应按规定定期对锅炉水冷壁进行化学清洗,保持锅炉管内壁清洁,使均匀的保护膜不受破坏。化学清洗时严防带进杂质。发现氢腐蚀时要停炉处理,及时对锅炉进行化学清洗,清除全部附着物和腐蚀产物,避免氢腐蚀的进一步发展。
  6.水冷壁氢腐蚀的发生、发展与锅炉和化学运行状况有直接的关系,应协调相关的运行、检修和技术监督部门,根据各专业相关的规定共同做好防止工作,以减少和消除因氢腐蚀导致的水冷壁爆破事故。
  参考文献:
  [1] 强天鹏,《射线检测》,云南科技出版社,2001年
  [2] 周在杞、张俊哲,《无损检测技术及其应用》,《科学出版社》,2010年
  [3] 王小雷,《锅炉压力容器无损检测相关知识》,《机械工业出版社》,2011年
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