【正文】 + 2HCl → FeCl 2 + H2O Fe2O3 + 2HCl + CO → FeO + FeCl 2 + H2O + CO2 Fe3O4 + 2HCl + CO → FeO + FeCl 2 + H2O + CO2 上述反應(yīng)在 400~600℃ 范圍內(nèi)最為活躍。但當(dāng)外層溫度較高時(shí)， FeS則與介質(zhì)中的氧反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為 Fe3O4，從而使腐蝕進(jìn)一步擴(kuò)展。 當(dāng)汽態(tài)的硫酸鈉與硫酸鉀擴(kuò)散到“較冷的水冷壁管表面”時(shí)，便凝結(jié)在管壁氧化膜上。 pH值在 ~ ， 一般不會(huì)發(fā)生堿腐蝕 (4) 氫損傷 一般情況下給水與管壁 （ Fe） 發(fā)生反應(yīng)生成 H2和 Fe3O4 保護(hù)膜 Fe3O4阻隔 H2進(jìn)入管壁金屬而被爐水帶走 ， 當(dāng)給水品質(zhì)不佳或管內(nèi)結(jié)垢會(huì)生成Fe2O3和 FeO。 當(dāng) pH值小于 4或在強(qiáng)堿環(huán)境中 ， 腐蝕加重 ， pH值介于 4~13之間 ， 金屬表面形成致密的保護(hù)膜 （ 氫氧化物 ） ， 腐蝕速度減慢 。 時(shí)磨損最嚴(yán)重 。 2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素 煙氣直接沖刷管子彎頭和局部煙速過高 ， 會(huì)造成爐后包復(fù)管及彎頭的嚴(yán)重磨損 。 ??? ????? 2wcT2. 飛灰濃度 （ ?） 的影響 （ 32） 式中 Ay—— 燃煤中的灰分 ?fh—— 飛灰占總含灰量的份額 Vy—— 燃料燃燒后的容積 （ m3/kg） (主要決定于燃料中的碳?xì)浜?) 由上可知 ， 燃用比設(shè)計(jì)煤種灰份高的低質(zhì)煤是飛灰濃度增加的根本原因 3. 灰磨損性系數(shù) （ C） 的影響 C與飛灰物理性能有關(guān) ， 在同等煙速 、 飛灰濃度下 ， 省煤器的磨損大于過熱器的磨損 。 吹灰器吹灰行程不夠 ， 吹灰角度不準(zhǔn) ， 吹灰蒸汽溫度過高 、 壓力過大 ， 吹灰器與受熱面管壁距離太近 ， 吹灰器故障卡澀退不回原位 、 吹灰器閥門內(nèi)漏 ， 吹灰器定點(diǎn)吹掃時(shí)間過長等是吹灰器附近或下方受熱面管爆漏的主要原因 。 ? 過熱是受熱面運(yùn)行溫度超過了該金屬的許用溫度，其顯微組織發(fā)生了變化，出現(xiàn)珠光體球化、石墨化及熱脆性等，大大地降低了金屬的許用應(yīng)力。 完全堵塞會(huì)造成短時(shí)超溫破壞 ， 部分阻塞或流通不暢 ， 經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)行會(huì)造成長期超溫蠕變損壞 。 ? 異種鋼焊接及機(jī)械損傷。對于此類爆管，針對爆漏失效機(jī)理可采取相應(yīng)的預(yù)防、控制措施。 高溫腐蝕引起的水冷壁爆管（ SO2腐蝕） 水冷壁氫腐蝕爆管的宏觀形貌 （ 2） 過熱器 過熱器彎頭爆漏 過熱器爆管 （ 3）再熱器 低再爆管 再熱器管爆管 （ 4）省煤器 省煤器泄漏 省煤器泄漏爐水吹損壞的其它省煤器管 2. 四管爆漏原因及機(jī)理分析 數(shù)據(jù)的分析和歸類 盡管鍋爐“四管”爆漏的機(jī)理復(fù)雜，目前已知的有 20余種，但是基于對歷史數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)絕大部分爆漏問題可以劃歸在 3類型式中。電廠鍋爐設(shè)備故障分析與識別 丘紀(jì)華 華中科技大學(xué) 一、大容量鍋爐承壓部件爆漏事故分析 1. 概述 鍋爐承壓部件的爆漏占主要有“四管”爆漏，當(dāng)然還包括爐內(nèi)其它一些管段的泄漏和爆破。 （ 1）慢性、累積型爆管：包括由蠕變、疲勞、腐蝕和磨損等引起的爐管爆漏。 第 2類爆管問題可以通過加強(qiáng)質(zhì)量管理，抓好從管材采購到制造、安裝各環(huán)節(jié)的檢查和檢驗(yàn)工作得到控制。 四管爆漏原因及機(jī)理分析 引起四管爆漏的原因很多，包括設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢修、運(yùn)行及煤種等多方面，某一四管爆漏故障往往非單一因素所致，而是多種因素同時(shí)存在并交互作用的結(jié)果。 4. 煤質(zhì)的影響： 實(shí)際燃煤發(fā)熱量低于鍋爐設(shè)計(jì)用煤時(shí) ， 要滿足鍋爐的設(shè)計(jì)出力 ， 須增加燃煤量 ， 而制粉細(xì)度受到設(shè)計(jì)出力的限制 ， 粗煤粉顆粒影響爐內(nèi)的著火和燃燒 ，使火焰中心上移 ， 爐膛出口煙溫升高 。這時(shí)受熱面管在內(nèi)壓力作用下產(chǎn)生的應(yīng)力就有可能大于金屬的許用應(yīng)力。 3. 振動(dòng)磨損 ：屏式過熱器管夾經(jīng)常燒損 ， 導(dǎo)致管排零亂 ， 過熱器受熱面固定不牢 ， 運(yùn)行中管圈出位發(fā)生振動(dòng)造成管子間的機(jī)械磨損 。 因?yàn)槭∶浩魈幍臒煖氐陀谶^熱器煙溫 ， 加之漏風(fēng)加速飛灰冷卻變硬 ， 若再出現(xiàn)不完全燃燒 ， 飛灰中固定碳增加 ， 這樣既加大了飛灰濃度 ， 又增加了灰粒硬度 ，加劇受熱面磨損 。 3. 煙氣走廊的影響 因設(shè)計(jì) 、 安裝 、 檢修質(zhì)量諸原因 ， 低溫再熱器與煙道的后墻包復(fù)和兩側(cè)包復(fù)管之間的間隙較大 ， 形成了 “ 煙氣走廊 ” ， 加速了包復(fù)過熱器的磨損 。 ? 在過去的 200MW機(jī)組上，因鍋爐的再熱器汽溫達(dá)不到要求，常采用煙氣擋板調(diào)節(jié)汽溫，將擋板開足增加低再側(cè)的煙氣量，使再熱蒸汽溫度提高，但煙氣流速增加加劇低再和低再側(cè)省煤器管子的磨損（磨損量與煙氣流速的 ）。 隨著給水速度提高 、 鍋爐熱負(fù)荷增加 、 溶解氧腐蝕也隨之加劇 。 Fe2O FeO比較疏松 、 附著性很差 ， 有利于 H2向管壁金屬的擴(kuò)散 ， 高溫下晶界強(qiáng)度低 ，H2與鋼中的碳和 FeC反應(yīng)生成 CH4。由于汽相擴(kuò)散速率較硅酸鹽灰粒慣性撞擊沉積的速率快，所以爐管表面上首先沉積的是硫酸鈉（ Na2SO4）和硫酸鉀（ K2SO4），其沉積速度與揮發(fā)鈉的數(shù)量及煙氣溫度有關(guān)，特別是與煙氣及壁面的溫度梯度有關(guān)。 ? 硫化氫氣體腐蝕 H2S除了能促進(jìn)硫化物型腐蝕外，還會(huì)對管壁直接產(chǎn)生腐蝕作用，是水冷壁管腐蝕的另一主要因素，其腐蝕反應(yīng)為： 2H2S + Fe → FeS + H 2 2H2S + FeO → FeS + H 2O 生成的硫化亞鐵又進(jìn)一步氧化形成氧化亞鐵。當(dāng)煤質(zhì)中氯的含量較高時(shí)（大于 %） 才可能發(fā)生比較嚴(yán)重的氯化物型高溫腐蝕 , 一般情況下這種腐蝕發(fā)生的可能性不是很大。 ? 煤粉細(xì)度 太粗的煤粉不易燃盡，火焰拖長，從而使水冷壁表面附近集中了大量煤粉顆粒，沖刷并磨損水冷壁，破壞了水冷壁管的氧化保護(hù)膜，使管子的腐蝕減薄惡化；另外，煤粉在缺氧的條件下燃燒，形成還原性氣氛，也會(huì)產(chǎn)生腐蝕。 ? 參與變負(fù)荷調(diào)峰 當(dāng)前，為了滿足經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的要求，電網(wǎng)的峰谷差增大，要求大型鍋爐參與變負(fù)荷調(diào)峰。適當(dāng)增加直流燃燒器的一次風(fēng)速有利于防止氣流偏轉(zhuǎn)。 ? 監(jiān)控水質(zhì) 因結(jié)垢與水質(zhì)有直接的關(guān)系，該措施可防止因水冷壁管內(nèi)結(jié)垢引起的熱阻增大、受熱面熱負(fù)荷局部升高、管壁溫度升高從而導(dǎo)致的高溫腐蝕。當(dāng)射流與上游高溫?zé)煔庀嘤鰰r(shí)，氧化煙氣中的還原性氣體并使煤粉顆粒迅速燃燒。 前后墻對沖燃燒鍋爐水冷壁高溫腐蝕 加貼壁風(fēng)后的溫度場 未加貼壁風(fēng)的溫度場 水冷壁硫化物型高溫腐蝕 用金相顯微鏡和場發(fā)射掃描電鏡對腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行了系統(tǒng)研究，腐蝕產(chǎn)物橫截面呈明顯的分層結(jié)構(gòu)： ? 外層疏松、多孔，呈灰黑色，為煤灰顆粒。 當(dāng)煙溫低于 200℃ 時(shí) ， SO3會(huì)與水蒸汽結(jié)合生成硫酸蒸汽 。 一般水蒸汽增加時(shí) ， 煙氣露點(diǎn)升高 。 隨著硫酸濃度的進(jìn)一步增加 ， 腐蝕速度也逐漸降低 。 2. 熱疲勞 ：因低周 （ 鍋爐啟停引起的交變熱應(yīng)力 ） 、 中周 （ 汽膜的反復(fù)出現(xiàn) 、 消失引起的熱應(yīng)力 ） 和高周 （ 振動(dòng)引起的熱應(yīng)力 ） 交變作用而發(fā)生的疲勞損傷 。 燃燒壓力脈動(dòng)頻率范圍某實(shí)測數(shù)據(jù)為 ~。因設(shè)計(jì)的水冷壁管內(nèi)徑小、管屏剛性差、管子熱敏感性強(qiáng)，且爐內(nèi)熱負(fù)荷偏差大，剛性梁結(jié)構(gòu)不合理，使水冷壁膨脹受阻，導(dǎo)致屏間、管間的鰭片拉裂管子。 據(jù)統(tǒng)計(jì) ， 一臺 670t/h鍋爐有安裝焊縫 1萬多個(gè) ， 制造焊縫 2萬多個(gè) 。 (4) 氣孔：這是焊接中常見缺陷 ， 氣孔中主要含氫和一氧化碳 。 ? 中溫過熱器布置在折焰角附近的高煙速 、 高熱負(fù)荷區(qū) ， 設(shè)計(jì)中有的只考慮了熱強(qiáng)性忽略了耐磨性要求 ， 外圍管段選用了不耐磨的奧氏體鋼而發(fā)生爆管事故 。 (二 ) 機(jī)械損傷 ： 1. 在制作 、 吊裝運(yùn)輸 、 安裝施工中均可能造成機(jī)械損傷 (1) 被硬件物體砸傷 （ 起吊落物 、 爐膛掉焦 ） (2) 被電焊燒傷 2. 運(yùn)行中的應(yīng)力拉傷 某鍋爐尾部旋轉(zhuǎn)吹灰器的固定板與冷段再熱器管壁焊接一起 ， 固定板被煙氣加熱 ， 溫度高于管壁溫度 ， 焊接處存在焊接殘余應(yīng)力 ， 在焊接內(nèi)應(yīng)力和熱應(yīng)力的頻繁作用下 ， 管壁產(chǎn)生環(huán)形裂紋 ， 導(dǎo)致再熱器爆管 。 (2) 斷口粗糙 、 脆性斷裂 ， 管徑無明顯脹粗 、 管壁幾乎不減薄 ， 有坑穴 。 4. 過熱器和再熱器入口處的彎頭 ， 尾部煙道管子后彎頭與包覆管之間的煙氣走廊 ， 出列管子和橫向節(jié)距不均勻的管子最大煙氣速度位置磨損最嚴(yán)重 。 管內(nèi)壁產(chǎn)生點(diǎn)狀或坑狀腐蝕 ， 坑內(nèi)有黑色沉積物 （ Fe3O4） ， 比較疏松基本無結(jié) 垢覆蓋 。 (3) 爆管處金屬管壁明顯減薄 。 (3) 爆口附近有凹凸不平的貝殼狀腐蝕坑 （ 坑內(nèi)含氧化鐵 ） ， 坑內(nèi)金屬的金相組織及機(jī)械性能均未改變 。 在腐蝕前沿的金屬表面可能發(fā)生晶界腐蝕現(xiàn)象。 (2) 斷口具有冰糖塊狀花樣或呈顆粒狀 ， 斷口周圍無塑性變形 ， 為脆性斷裂 ， 裂紋具有樹枝狀的分叉特點(diǎn) ， 其走向?yàn)檠鼐突虼┚?， 裂紋較粗 ， 較直 ， 裂紋從腐蝕處產(chǎn)生 ， 裂源較多 。 (3) 拉裂熱疲勞：水冷壁四角采用密封鋼板時(shí) ， 因熱脹受阻 ， 經(jīng)多次熱循環(huán)導(dǎo)致拉裂；聯(lián)箱上的彎頭管座 ， 因連接各屏管子之間的熱負(fù)荷差 ， 熱應(yīng)力大而被拉裂 。 (2) 裂紋斷口面較平齊 ， 與管子壁厚垂直 ， 但不光滑 。如汽機(jī)凝汽器泄漏影響水汽品質(zhì)；化學(xué)對水汽品質(zhì)和垢量的監(jiān)控；金屬對爆漏管子的金相分析、焊口的探傷、材質(zhì)的光譜分析等，都會(huì)影響防爆漏工作的成效。雖然制造廠對鍋爐設(shè)備的質(zhì)量問題越來越重視，制定了各種質(zhì)量方針和相應(yīng)的規(guī)章制度，對防止鍋爐 “ 四管 ” 爆漏也有具體措施，但是鍋爐設(shè)備制造廠家仍存在焊接質(zhì)量、母材缺陷、錯(cuò)用管材等問題，造成鍋爐 “ 四管 ” 爆漏。 （ 2）省煤器管 主要檢查磨損，其次是檢查管內(nèi)腐蝕。 （ 4）再熱器管 對水平布置的低溫再熱器，重點(diǎn)檢查邊排管和彎頭的磨損情況，對立式布置的高溫再熱器除檢查磨損外，還應(yīng)檢查其蠕脹情況。以下為某電力公司評價(jià)鍋爐“四管”壽命報(bào)廢的界限： a. 管壁磨損，減薄 ≥30% 壁厚； b. 碳鋼管脹粗 %D，合金鋼管脹粗 %D（ D為管子原始外徑）； c. 表面氧化皮厚度 ； d. 管子表面有裂紋； e. 管子鼓包。嚴(yán)格執(zhí)行化學(xué)清洗導(dǎo)則規(guī)定的相關(guān)條例，做好鍋爐停用保護(hù)工作。由于傳感器使用在鍋爐現(xiàn)場，高溫、灰塵的惡劣環(huán)境要求傳感器耐用，而且性能穩(wěn)定，否則，直接影響裝置的準(zhǔn)確測報(bào)。由于檢測系統(tǒng)測點(diǎn)多，裝置接插件多，因此故障點(diǎn)也就多，整體可靠性受到影響。 在實(shí)際應(yīng)用中有兩種捕捉泄漏聲源的檢測技術(shù)： （ 1）泄漏聲源通過空氣傳播到聲頻傳感器的檢漏技術(shù)； （ 2）泄漏聲源通過固體傳播到聲頻傳感器的檢漏技術(shù)。 運(yùn)行的管理 （ 1）嚴(yán)格遵守鍋爐安全操作規(guī)程 鍋爐負(fù)荷在允許范圍之內(nèi)，超負(fù)荷情況要嚴(yán)加控制，啟停爐時(shí)應(yīng)適量蒸汽流經(jīng)過熱器。 （ 2）檢修中要始終把質(zhì)量放在第一位，加強(qiáng)受熱面檢查處理，對受熱面重點(diǎn)部位要設(shè)立固定監(jiān)視段，給與長期連續(xù)監(jiān)督監(jiān)測，掌握規(guī)律，檢修焊口要做的無損探傷檢驗(yàn)，并做額定水壓試驗(yàn)。檢查可用手摸、眼看、測厚，對不能摸、看、測到的地方可割出幾排管，人鉆進(jìn)去檢查。 加強(qiáng)鍋爐檢驗(yàn)和防爆漏檢查 應(yīng)加強(qiáng)在用鍋爐壓力容器的定期檢驗(yàn)。 （ 4）加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)和交流。 (4) 腐蝕疲勞常以多裂紋源方式發(fā)生 ， 因此斷面上常有獨(dú)特的多齒狀特征 。 ２ . 斷口形狀 (1) 斷口有明顯脹粗 (2) 金相分析發(fā)現(xiàn)晶內(nèi)和晶界分布著大顆粒碳化物 ， 珠光體球化 、 石墨化及熱