董自謙，孫嘉欣

(哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046)

0 引 言

能源的短缺是目前全世界面臨的一項(xiàng)嚴(yán)重考驗(yàn)，在此大背景下，節(jié)能減排方面優(yōu)勢(shì)明顯的余熱爐在國(guó)內(nèi)發(fā)展速度迅猛，余熱鍋爐[1]具有換熱效率高、排煙溫度低、煙氣氮氧化合物少等諸多節(jié)能環(huán)保優(yōu)越性。針對(duì)某余熱鍋爐項(xiàng)目水冷壁泄漏樣品進(jìn)行試驗(yàn)分析[2]，確定失效原因，為后續(xù)返修及事故預(yù)防提供技術(shù)支持。

1 樣品信息

失效樣品取自余熱鍋爐前水冷壁，標(biāo)高約31 m處管屏向火面，管子向火面存在銷釘，銷釘外部掛有澆注料。泄漏的管子材質(zhì)為20 G[3]，規(guī)格為φ60×5 mm，銷釘材質(zhì)為20[4]。現(xiàn)場(chǎng)泄漏處照片見(jiàn)圖1。

圖1 泄漏現(xiàn)場(chǎng)照片

2 試驗(yàn)分析

2.1 宏觀檢查

通過(guò)宏觀觀察可知，送檢樣管整體平直，沒(méi)有明顯的外徑脹粗現(xiàn)象。樣管背火面管壁無(wú)明顯減薄現(xiàn)象；表面均光滑無(wú)明顯腐蝕現(xiàn)象。樣管向火面表面焊有銷釘，銷釘截距為50 mm。樣管向火面樣管左側(cè)約100 mm存在一處泄漏爆口，按照截距推測(cè)，爆口處應(yīng)存在銷釘。爆口邊緣呈刀片狀，存在明顯減薄，爆口附近無(wú)覆蓋物，存在明顯的吹損現(xiàn)象。樣管向火側(cè)右半部分表面呈黃色，個(gè)別銷釘位置掛有澆注料，表面呈灰色。樣管右側(cè)約60 mm存在明顯的腐蝕坑，測(cè)量腐蝕坑處最小壁厚約為2.8 mm。爆口局部放大圖見(jiàn)圖2。

圖2 爆口局部放大圖

2.2 化學(xué)成分分析

采用直讀光譜儀對(duì)試樣2132-1進(jìn)行化學(xué)成分分析，檢測(cè)結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))見(jiàn)表1，樣管的化學(xué)成分滿足GB/T 5310—2017對(duì)20G材質(zhì)的要求。

表1 化學(xué)成分分析結(jié)果

2.3 硬度試驗(yàn)

對(duì)試樣2132-1進(jìn)行布氏硬度檢驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2，樣管的硬度滿足GB/T 5310—2017標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)20 G材質(zhì)的要求。

表2 布氏硬度檢測(cè)結(jié)果

2.4 室溫拉伸試驗(yàn)

對(duì)試樣2132-3進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)[5]，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3，樣管的室溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果滿足GB/T 5310—2017標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)20G材質(zhì)的要求。

表3 室溫拉伸檢測(cè)結(jié)果

2.5 金相分析

對(duì)試樣2132-2和2132-4進(jìn)行粗磨、細(xì)磨和拋光后，對(duì)拋光后的試樣采用4%硝酸酒精溶液對(duì)試樣進(jìn)行腐蝕，分別觀察腐蝕后試樣的顯微組織[6]，如圖3和圖4所示。由金相照片可以看出樣管的向火面和背火面顯微組織均為鐵素體+珠光體，晶粒度9.0級(jí)，焊縫顯微組織為珠光體+鐵素體，熔合線熔合良好，焊縫內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯焊接缺陷。螺柱顯微組織均為鐵素體+珠光體，晶粒度8.5級(jí)。鋼管向火面局部產(chǎn)生了腐蝕，腐蝕產(chǎn)物分為兩層，外層較為疏松，內(nèi)層較為致密。爆口邊緣吹損處及螺柱吹損處有大量被磨損的非完整晶粒。

圖3 試樣2132-2顯微組織

圖4 試樣2132-4顯微組織

2.6 SEM/EDS分析

對(duì)試樣2132-4采用掃描電子顯微鏡進(jìn)行SEM觀察，采用能譜儀進(jìn)行選區(qū)能譜分析，觀測(cè)位置為管子縱截面外表面區(qū)域。能譜分析位置和衍射圖如圖5所示。

圖5 2132-4試樣向火側(cè)腐蝕內(nèi)層能譜檢測(cè)位置和衍射圖

圖5(b)中，橫坐標(biāo)為能量(電子結(jié)合能)，單位為keV；縱坐標(biāo)為信號(hào)強(qiáng)度，單位為cps/eV(光子計(jì)數(shù)量每秒與電子伏特的比值)。能譜分析結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 2132-4試樣能譜檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)對(duì)2132-4樣管進(jìn)行SEM/EDS分析可知，樣管向火側(cè)內(nèi)層腐蝕產(chǎn)物主要含有較多Fe、O、C、Cl、Si等元素，推測(cè)內(nèi)層腐蝕產(chǎn)物主要為Fe的氧化物，并含有少量的Cl。樣管向火側(cè)外層腐蝕產(chǎn)物主要含有O、Ca、S、Cr、Fe、Ti、K、Na、Cl、Mg、Si等元素，推測(cè)其主要為Fe的氧化物、硫酸鹽、硅酸鹽等，并含有少量Ca和堿金屬的氧化物。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，余熱鍋爐在運(yùn)行中高溫腐蝕導(dǎo)致水冷壁管壁減薄，當(dāng)壁厚減薄到一定程度時(shí)發(fā)生泄漏。

鍋爐運(yùn)行要特別注意入爐燃料和煙氣的揮發(fā)分含量及含硫量等參數(shù)，選用含硫量低的燃料，控制燃料細(xì)度，優(yōu)化爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)，結(jié)合運(yùn)行情況對(duì)易發(fā)生高溫腐蝕的部位采用涂層防護(hù)，可以控制水冷壁高溫腐蝕問(wèn)題。