某锅炉低温段省煤器盘管自2001年8月20日投用后,运行91天就发生严重泄漏事件。该省煤器原先采用20#碳钢制造,这次为提高质量,特选用20g (规格<32mm×3mm) 高压锅炉管。省煤器低温段运行温度为103～105 ℃,采用蛇形盘管结构,总共36 排。泄漏发生在省煤器管第4 排到36 排之间,其中的中间段较为严重。经现场检查,蛇形管的所有焊缝及弯管部分完好,发生腐蚀的省煤器管弯头部位也完好。

1、检验与分析

    发生泄漏的北起13～15排管段上边有灰泥状腐蚀产物。省煤器管其它部位未发现腐蚀。为判明泄漏原因,对其进行了化学成分分析,金相组织分析,断口宏观检验及微观扫描电镜和腐蚀产物成分分析等各项检测。

1.1 宏观形貌分析

    该管段取自第13排,左边靠近焊缝,焊缝外观完好。该管段有两个泄漏孔,右泄漏孔沿圆周方向,而左泄漏孔沿管的轴向。这两个泄漏孔走向互相垂直。其中左泄漏孔的宽度达3mm,长18mm ;右泄漏孔宽度1.9mm ,长度6mm。由此可以判定左孔的泄漏早于右孔的泄漏。此外,左孔位于一条浅沟中间,即由管壁外边逐渐腐蚀所致,而右泄漏孔则是内孔略大于外壁的张口,而大部分都是垂直于管表面的。泄漏孔部位覆盖着黄褐色的腐蚀产物,远离此部位是乳白色的腐蚀产物。打开省煤器时发现在许多管子上有泥状的灰色产物。

    对泄漏管除泄漏孔以外的尺寸进行了检查,发现该盘管运行3个月后除发生严重腐蚀外,未腐蚀区域管子的尺寸没有变化。

1.2化学成分的测定

    同原质保书及20g国标对比,泄漏管子的化学成分符合20g的标准范围,仅硫的结果有一些差别,但符合20g 的标准。

1.3泄漏管的显微分析

    在显微镜下观察泄漏管轴向截面的金相组织为索氏体+ 珠光体,且有带状趋向,晶粒度为8～9 级,从组织及夹杂物分布可以认为是正常的。

1.4显微硬度分析

　对泄漏孔边测其显微硬度结果见表2 。从硬度测定的结果(换算成抗拉强度为529MPa) 可以认为热处理是正常的,强度达到了原来20g 的标准要求。

1.5腐蚀产物分析

    经扫描电镜对腐蚀形貌及其产物的能谱定性分析结果见图。可以看出,腐蚀部分仍然是非常均匀的,上面覆盖腐蚀产物。这些产物主要为Fe、S、O及少量的Si 和Ca。从谱线峰值来看,产物的大部分具有很高的氧峰。为了进一步确定产物的结构方式,取两种腐蚀产物分析,一是泄漏管子上面的乳白色产物,二为从现场取得的泥状灰色产物。经X 衍射(Cu靶) 分析, 两者均为FeSO4 ·H2O , FeSO4·4H2O,少量FeS、碳灰,所以腐蚀主要是硫酸铁,这表明该省煤器的腐蚀主要由硫酸引起。

2、腐蚀机理分析

    省煤器是烟气和水的热交换器,壳程通烟气,管程通冷却水。管程中的水是锅炉水,一般腐蚀不严重。所以除泄漏管段的其余部分内壁也腐蚀轻微,一般被Fe3O4 所覆盖。从腐蚀发生的部位看,泄漏管子的腐蚀都发生在壳层,即在管子的外壁。由于省煤器的壳程走的是烟气,要发生硫酸腐蚀,只有两种可能。

(1) 当壳程中的烟气低于硫酸露点腐蚀时,发生硫酸露点腐蚀,即

H2O + SO3 + Fe FeSO4 + H2 ↑
　　
(2) 当壳程中的烟气高于硫酸露点温度时,由于管子泄漏,水从管内流向管外时,可产生硫酸腐蚀,即

H2O + SO3 H2SO4H2SO4 + Fe FeSO4 + H2 ↑

　　从腐蚀结果来看,两者的后果都是相同的,但从腐蚀的分布情况看就不同了。前者是发生在省煤器温度最底段,且腐蚀较为均匀,特别是水的进口段更明显。再从操作记录看,据车间介绍,省煤器烟气的露点温度大约在150 ℃左右,而此部分省煤器温度在226～286 ℃之间,因此在此段省煤器不可能产生硫酸露点腐蚀。而后者则是局部的,它仅仅发生在水的泄漏处,而不是省煤器管段温度最低的部位。从这次省煤器泄漏的情况来看,腐蚀只发生在13 排的中间一个范围,既不是入水端也不是在弯头的两端,所以应属于后者。

    在对省煤器的检查中发现所有弯管部分都没有发生严重腐蚀。而此部分在弯管时因局部塑性变形,易产生裂纹,既然腐蚀不发生在此,也证明了省煤器管的弯管部分没有问题,检查所有焊缝都是好的。通过这两个方面的检查,可以排除省煤器的制造问题。泄漏管段中的右边垂直于管子轴向的泄漏孔为流出源,该泄漏孔不是由外到内的喇叭口,而是直通的。裂口宽3mm ,长度达18mm ,这显然已经受到严重的腐蚀。在水流出的同时立即于烟气中的SO3 结合,致使此处腐蚀迅速加重,一直到发生省煤器泄漏停机为止。

3、结论

(1) 本批省煤器管为20g 无缝钢管,材料的化学成分及金相组织均符合20g 的标准。
(2) 本次省煤器管泄漏是由于一根蛇形管的直管段母材存在有一个与管子轴向相垂直的缺陷,省煤器投运后因开始微小泄漏而产生硫酸腐蚀,随着运行时间的延长,缺陷变大,腐蚀也加大直至管程水喷出,引起大面积的硫酸腐蚀,最后导致停机。省煤器管上的腐蚀产物为硫酸铁。
(3) 由于省煤器的特殊工况,一旦泄漏就产生严重的硫酸腐蚀,而一旦发生硫酸腐蚀,在200 ℃左右的高温下其腐蚀速度迅速增大。所以应该认识到省煤器工况是非常苛刻的。

4、建议

1)因省煤器工况非常苛刻,在省煤器的制造过程中,材料及焊缝绝不允许有缺陷或裂纹存在。管子必须经过100 %的无损检测,特别要注意管子头尾200mm 的盲区,制造结束后要采用两种探伤手段,即经涡流和超声探伤。一旦发现缺陷,必须

2)弯管段在弯好后必须对弯头进行着色探伤,发现缺陷必须剔除。

3)焊后的焊缝要进行100 %的射线探伤检查,有缺陷者剔除。

4)整台设备制好后必须经过水压试验。