珠光體球化導(dǎo)致余熱鍋爐蒸發(fā)管開裂案例分析

某石化廠引進的發(fā)電機組余熱鍋爐運行156h 后發(fā)生蒸發(fā)管漏水事故。在堿溶液中的應(yīng)力腐蝕開裂 （ 堿脆 ），余熱鍋爐蒸發(fā)管開裂，余熱鍋爐燃氣進口溫度518℃ ，出水溫度200℃ ，蒸發(fā)管為95mm (翅片直徑) ×50.8mm (中心管外徑) ×4.5mm (壁厚) , 材質(zhì)為ASTM A192 高壓鍋爐管, 工作壓力1.57MPa。

1，檢驗結(jié)果

①漏水蒸發(fā)管的硬度 (64.7HRB) 比原始態(tài)(76.5HRB) 下降16%。

②漏水蒸發(fā)管的珠光體組織比原始態(tài)發(fā)生了明顯球化。

③通過試驗數(shù)據(jù)對比, 漏水管的工作溫度達450℃ ,高于未嚴重腐蝕的蒸發(fā)管。

④腐蝕坑中的腐蝕產(chǎn)物為 Fe3O4 +α-Fe2O3 , 是在300~500℃形成的, 腐蝕產(chǎn)物為多孔疏松狀、 與金屬附著力差。

⑤掃描電鏡觀察腐蝕坑底的形貌為沿晶和二次裂紋特征。

⑥爐水采用純磷酸鈉處理, PO34+ 含量為6~44mg· L-1 , pH 值為8.8~11.2, 說明爐水中存在游離的 NaOH。

2，運行記錄

從調(diào)試記錄中發(fā)現(xiàn), 為解決 “循環(huán)泵壓低-報警-停機” 的矛盾, 調(diào)試時在蒸發(fā)器聯(lián)箱入口處增加了一塊?28mm 的節(jié)流板。

由于原設(shè)計中該處無此板, 這對原設(shè)計中的水力參數(shù)和熱力參數(shù)帶來一系列重大影響。

鍋爐的 ( 平均) 循環(huán)倍率K 降1.87, 小于控制指標的2.5。因此, 蒸發(fā)器管束的運行工況遠離設(shè)計點, 處于危險狀態(tài)。從運行記錄中發(fā)現(xiàn), 試運行鍋水的 PO34-含量偏離了規(guī)定指標。規(guī)定在 pH值為10.5~11.5時, PO34-應(yīng)為50~100mg· L-1 , 但實際為6 ~44mg· L-1 。

究其原因是電廠當時因 Na2 HPO4 未到貨而未進行協(xié)調(diào)磷鹽處理。導(dǎo)致鍋水pH值和PO34-指標大都在含有游離的NaOH 范圍, 當爐管結(jié)垢或發(fā)生汽水分離時, 極易造成堿腐蝕。水力偏差分析, 在平均循環(huán)倍率1.87 時, 遠離法蘭的一組或幾組管束的實際循環(huán)倍率很可能降1 或接近于1, 必然會造成鍋水停滯和汽水分離現(xiàn)象。

3，結(jié)論

綜合分析結(jié)果為, 蒸發(fā)管局部過熱、 內(nèi)壁高溫堿腐蝕和堿脆、 汽水腐蝕是早期腐蝕穿孔的主要原因。

5，改進措施

經(jīng)計算增設(shè)一塊?66mm 的孔板, 流量為120m3 · h-1 , 循環(huán)倍率為5.0, 符合余熱鍋爐的設(shè)計規(guī)定, 同時循環(huán)泵揚程由0.20MPa 升高到0.25MPa, 這不僅使泵功率降低, 而且改善了蒸發(fā)器的水力特性。對鍋爐重新進行化學(xué)清洗和煮爐, 以清理鍋水濃縮時的爐管積垢, 重新建立Fe3O4 保護膜。該余熱鍋爐已**運行了10a。

5，處理措施
①全部更換, 氬弧焊打底, J427 蓋面。

② 630℃消除應(yīng)力, 安裝6 條金屬軟管。

③加強伴高溫線使用管理。

延伸閱讀：什么是珠光體？

珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的機械混合物稱為珠光體，用符號P表示。其力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間，強度較高，硬度適中，有一定的塑性。珠光體是鋼的共析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，其形態(tài)是鐵素體和滲碳體彼此相間形如指紋，呈層狀排列。按碳化物分布形態(tài)又可分為片狀珠光體和球狀珠光體二種。

圖一 片狀珠光體200倍                 圖二 球狀珠光體500倍             圖三 球狀珠光體1000倍

（1）片狀珠光體：又可分為粗片狀、中片狀和細片狀三種。

（2）球狀珠光體：經(jīng)球化退火獲得，滲碳體成球粒狀分布在鐵素體基體上；滲碳體球粒大小，取決于球化退火工藝，特別是冷卻速度。球狀珠光體可分為粗球狀、球狀、細球狀和點狀四種珠光體。

測試儀器設(shè)備導(dǎo)讀：超聲高溫耦合劑、鐵素體測試儀。