電廠鍋爐設(shè)備故障分析與識(shí)別

電廠鍋爐設(shè)備故障分析與識(shí)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

1.1國(guó)內(nèi)“四管爆漏〞的情況華中地區(qū)“四管爆漏〞事故統(tǒng)計(jì)華東地區(qū)“四管爆漏〞事故統(tǒng)計(jì)1.2“四管爆漏〞的形狀〔1〕水冷壁爆管爐水水質(zhì)惡化，

水冷壁內(nèi)壁沉積結(jié)垢，造成垢下腐蝕導(dǎo)致爆管。

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2.1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，目前的有20余種，但是基于對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)絕大局部爆漏問題可以劃歸在3類型式中?！?〕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。這類問題一般與運(yùn)行時(shí)間相關(guān)，隨著機(jī)組運(yùn)行累計(jì)時(shí)間的延長(zhǎng)和設(shè)備的老化，這類問題呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。〔2〕先天缺陷引起的爆管：這往往由于制造、安裝或檢修等環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制問題引起，如焊接缺陷、缺陷部位的壽命因缺陷程度的大小變化很大。這類爐管爆漏隨時(shí)間的推移呈逐漸下降的趨勢(shì)?！?〕快速、隨意型爆管：這類爆管往往是由于運(yùn)行中的短期異常問題引起，比方運(yùn)行中的汽水回路流量中斷、吹灰器異常吹損等。與前面兩類不同，這類爐管爆漏問題一般是由短期因素作用引起，它的發(fā)生機(jī)率和機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間無(wú)關(guān)。爆管類型及特點(diǎn)

通過故障事故的分析，引起鍋爐四管爆漏可歸納如下幾方面原因：超溫過熱：短期過熱；長(zhǎng)期超溫。磨損：管內(nèi)工質(zhì)磨損；爐內(nèi)飛灰、吹灰磨損。腐蝕：管內(nèi)壁腐蝕；煙氣側(cè)腐蝕；應(yīng)力腐蝕。疲勞：振動(dòng)疲勞；熱疲勞；腐蝕疲勞。質(zhì)量缺陷：焊接缺陷；材料缺陷。異種鋼焊接及機(jī)械損傷。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。根據(jù)全國(guó)大機(jī)線鍋爐四管爆漏事故的統(tǒng)計(jì)，磨損、焊縫、過熱、腐蝕、拉裂等是引起鍋爐四管爆漏的主要原因。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。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。在長(zhǎng)期高溫高壓的條件下產(chǎn)生塑性變形和蠕變，最后導(dǎo)致爆管。

二、磨損磨損引起的爆漏占比例也是比較大的。磨損有飛灰磨損和機(jī)械磨損，以飛灰磨損為主。飛灰磨損與爐型結(jié)構(gòu)、受熱面布置方式、煙氣流速、制造安裝質(zhì)量、煤灰特性、煙氣含塵濃度等多種因素有關(guān)，它主要表現(xiàn)在受熱面結(jié)構(gòu)布置或煙氣通道被積灰阻塞造成局部流通阻力小，或管夾燒損、變形后出現(xiàn)管排散亂、出列，這些均會(huì)形成煙氣走廊造成局部煙速過大，還有管排錯(cuò)列布置、設(shè)計(jì)煙速高或運(yùn)行中采用過大的過剩空氣量而使煙速過高等。(一)類型1.飛灰磨損：煙氣中燃燒氣體和飛灰構(gòu)成氣—固兩相流對(duì)管壁進(jìn)行沖刷和切削，這種對(duì)管壁造成的磨損危害甚大。2.吹灰器造成的磨損：鍋爐運(yùn)行要求吹灰器〔利用高壓水或蒸汽〕定時(shí)將受熱面管壁沉積的煤灰、污垢吹掃干凈，以改善傳熱，但假設(shè)吹灰器安裝或運(yùn)行操作不當(dāng)?shù)仍?，?huì)造成對(duì)管壁的磨損損傷。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(zhǎng)等是吹灰器附近或下方受熱面管爆漏的主要原因。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。4.管內(nèi)汽水沖刷：汽水流速很快，不斷對(duì)換熱器管內(nèi)壁進(jìn)行沖刷，在管道拐彎處尤為嚴(yán)重(二)飛灰的磨損機(jī)理飛灰和煙氣構(gòu)成的氣—固兩相流〔含SiO2、Fe2O3、Al2O3等〕對(duì)管壁造成兩種磨損：塑性磨損和切削磨損。塑性磨損是固體顆粒長(zhǎng)期重復(fù)撞擊管壁，金屬自行脫落形成班點(diǎn)磨坑；切削磨損是氣—固兩相流高速運(yùn)動(dòng)中，灰粒切削管壁危害性極大的磨損。管壁的磨損量可按下式計(jì)算：g/m2 (3-1)式中 T——管壁外表單位面積造成的磨損量 c——飛灰磨損性系數(shù) ——飛灰撞擊管壁的機(jī)率 ——煙氣中的飛灰濃度g/m2 w——飛灰速度，以煙氣流速替代 ——鍋爐的運(yùn)行小時(shí)數(shù)1.飛灰速度〔w〕的影響管壁的磨損正比于飛灰沖擊管壁時(shí)的動(dòng)能mw2，m為飛灰質(zhì)量〔等于飛灰濃度與體積的乘積〕。當(dāng)飛灰速度〔或煙氣流速〕到達(dá)30~40m/s時(shí)磨損最嚴(yán)重，在1104~5104h期間有可能使管子磨穿。煙氣中的飛灰顆粒冷卻到700℃以下，其硬度增大，高速較大硬度的飛灰對(duì)受熱面的磨削，逐漸減薄管壁以致爆管。局部煙氣流速過高或煙氣不均勻流動(dòng)均會(huì)加劇受熱面的磨損損傷。2.飛灰濃度〔〕的影響 〔3-2〕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。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，假設(shè)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。4.飛灰撞擊管壁的機(jī)率〔〕的影響飛灰慣性mw2大，撞擊機(jī)率高；煙氣粘度小，撞擊機(jī)率高。以660MW機(jī)組鍋爐為例，估算流經(jīng)省煤器的灰量：鍋爐在MCR工況下每小時(shí)燃用含灰量13%的國(guó)產(chǎn)煤262噸，假設(shè)按飛灰份額90%，年運(yùn)行6000小時(shí)計(jì)，流經(jīng)受熱面的灰量將為20.44萬(wàn)噸。如省煤器設(shè)計(jì)使用年限為10萬(wàn)小時(shí)，在此期間流經(jīng)省煤器的灰量將高達(dá)340.6萬(wàn)噸。處于分散狀態(tài)隨同煙氣流動(dòng)的這無(wú)數(shù)個(gè)具有一定硬度的灰粒，對(duì)受熱面每一次碰擊都將剝落微量的管壁面金屬。通過估算，可以發(fā)現(xiàn)流經(jīng)省煤器受熱面的灰量是十分驚人的，而含灰量的增加對(duì)設(shè)備會(huì)造成更嚴(yán)重的磨損。(三)磨損故障的相關(guān)因素1.煤質(zhì)的影響假設(shè)燃用煤質(zhì)灰分高于設(shè)計(jì)值，因制粉設(shè)備出力的限制，煤粉直徑大的粗顆粒將加劇對(duì)受熱面管壁的沖刷磨損。2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素?zé)煔庵苯記_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。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。4.對(duì)流過熱器積灰渣的影響對(duì)流過熱器積灰渣阻塞煙氣通道，使未堵部份煙氣流速急劇增加，造成該區(qū)域受熱面管壁的嚴(yán)重磨損。5.管材選用不當(dāng)?shù)挠绊懩畴姀S引進(jìn)法國(guó)330MW配套鍋爐，中溫過熱器布置在折焰角附近的高煙速、高熱負(fù)荷區(qū)，管道選材只注意熱強(qiáng)性，而忽略了耐磨性的要求，外圈管段選用的奧氏體鋼不耐磨，中溫再熱器用于管排定距的水冷卻隔離管選用了非耐磨鋼，造成屢次因磨損而爆管。6.爐膛設(shè)計(jì)高度偏低，導(dǎo)致爐膛出口處〔大屏后〕煙氣速度大大增加，而飛灰磨損速率與煙速的3.2次方成正比關(guān)系，可見因煙速飛灰磨損將增加數(shù)倍。7.爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)分布不盡合理，使實(shí)際燃燒時(shí)假想切圓偏大，造成受熱面磨損加劇。8.管排上的管夾因過熱變形或開焊造成管排振動(dòng)及膨脹滑動(dòng)，使管壁與管夾、梳形卡子、定位板之間產(chǎn)生磨損導(dǎo)致再熱器管爆漏。9.管束結(jié)構(gòu)的影響煙氣對(duì)管道的橫向沖刷比縱向沖刷造成的磨損嚴(yán)重；橫向沖刷時(shí)，錯(cuò)列管束比順列管束的磨損嚴(yán)重；飛灰對(duì)管壁外表沖刷時(shí)的沖角為30~55°時(shí)磨損最嚴(yán)重。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3.2次方成正比〕。機(jī)械磨損常有：煤粉噴嘴及三次風(fēng)嘴附近的水冷壁管受帶粉氣流沖刷〔如燃燒器噴嘴燒壞變形〕；管排上的管夾因過熱變形或焊接不牢固而開焊，造成管子振動(dòng)并與管夾相磨。吹損主要是由于吹灰器運(yùn)行不正常引起的，濕蒸汽帶水或飛灰?guī)氪祷医橘|(zhì)中，也會(huì)吹損爐管。三、腐蝕鍋爐受熱面外部受燃燒氣體包圍，由于燃料中含硫，燃燒中會(huì)氧化成SO2、SO3，最后產(chǎn)生H2SO4對(duì)受熱面產(chǎn)生腐蝕，受熱面上還有鐵、釩、Si、Al、Na等氧化物的積灰存在，加之管壁附近的復(fù)原氣氛和腐蝕性氣體均對(duì)受熱面管外壁產(chǎn)生腐蝕。管內(nèi)水中的溶解氧和游離NaOH均對(duì)管內(nèi)壁帶來腐蝕。

(一)類型1.管內(nèi)壁腐蝕：也稱水汽側(cè)腐蝕、包括溶解氧腐蝕、沉積物垢下腐蝕、堿腐蝕、氫損傷、銅氨化合物腐蝕等。2.煙氣側(cè)腐蝕：可分為高溫腐蝕、低溫腐蝕3.應(yīng)力腐蝕：也稱沖蝕，它是管道受到腐蝕和拉〔壓〕應(yīng)力的綜合效應(yīng)(二)腐蝕故障機(jī)理1.管內(nèi)壁腐蝕(1)溶解氧腐蝕由于Fe與O2、CO2之間存在電位差，形成無(wú)數(shù)個(gè)微小的腐蝕電池，F(xiàn)e是電池中的陽(yáng)極，溶解氧起陰極去極化作用，F(xiàn)e比O2等的電位低而遭到腐蝕。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，金屬外表形成致密的保護(hù)膜〔氫氧化物〕，腐蝕速度減慢。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。腐蝕速度與溶解氧的濃度成正比。(2)沉積物垢下腐蝕由于給水質(zhì)量不良或結(jié)構(gòu)缺陷防礙汽水流通，造成管道內(nèi)壁結(jié)垢。垢下腐蝕介質(zhì)濃度高，又處于停滯狀態(tài)，會(huì)使管內(nèi)壁發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，這種腐蝕與爐水的局部濃縮有關(guān)。如果補(bǔ)給水或因凝汽器泄漏〔河水〕使?fàn)t水含碳酸鹽，其沉積物下局部濃縮的爐水〔沉積著高濃度的OH-〕pH值上升到13以上、發(fā)生堿對(duì)金屬的腐蝕。如果凝汽器泄漏的是海水或含Cl-的天然水，水中的MgCl2、CaCl2將進(jìn)入鍋爐、產(chǎn)生強(qiáng)酸HCl，這樣沉積物下濃縮的爐水〔很高濃度的H+〕pH值快速下降，而發(fā)生對(duì)金屬的酸性腐蝕。(3)堿腐蝕游離堿會(huì)在多孔性沉積物和管內(nèi)外表濃縮，濃縮的強(qiáng)堿會(huì)溶解金屬保護(hù)膜而形成鐵酸根與次鐵酸根離子的混合物當(dāng)管壁外表局部堿濃度超過40%時(shí)，會(huì)釋放出氫氣，從而形成金屬外表深而廣的腐蝕，也稱延性腐蝕。pH值在8.5~10.3范圍內(nèi)，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)生反響生成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。Fe2O3、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反響生成CH4。

管壁金屬脫碳，CH4積聚在晶界上的濃度不斷升高，形成局部高壓以致應(yīng)力集中，晶界斷裂，產(chǎn)生微裂紋并開展成網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致金屬?gòu)?qiáng)度嚴(yán)重降低，使金屬變脆而斷裂。水冷壁管高溫腐蝕的機(jī)理2.煙氣側(cè)腐蝕

煙氣側(cè)腐蝕可以分為高溫腐蝕和低溫腐蝕硫酸鹽腐蝕過程主要有2種途徑一種是在附著層中堿性硫酸鹽參與作用的氣體腐蝕，即受熱面是熔融的硫酸鹽吸收SO3，并在Fe2O3與AL2O3的作用下,生成復(fù)合硫酸鹽：3Na2SO4+Fe2O3+3SO3→2Na3Fe(SO4)33K2SO4+Fe2O3+3SO3→2K3Fe(SO4)3K2SO4+Al2O3+3SO3→2KAl(SO4)3在復(fù)合硫酸鹽K3Fe(SO4)3、Na3Fe(SO4)3的混合物中，鉀與鈉的摩爾比值在1∶1~4∶1之間時(shí)，熔點(diǎn)會(huì)降低至552℃。當(dāng)硫酸鹽沉積厚度增加，爐管外表溫度升高至熔點(diǎn)溫度時(shí)，F(xiàn)e2O3氧化膜被復(fù)合硫酸鹽溶解破壞，導(dǎo)致管壁金屬繼續(xù)腐蝕。另一種途徑是堿金屬的硫酸鹽腐蝕：3Na2S2O7+Fe2O3→2Na3Fe(SO4)33K2S2O7+Fe2O3→2K3Fe(SO4)3在附著層中存在堿性硫酸鹽時(shí)，由于它的熔點(diǎn)很低，在通常壁溫下即可在附著層中呈熔融狀態(tài)，形成反響速度更快的熔鹽型腐蝕。實(shí)驗(yàn)研究說明：熔融硫酸鹽積灰層對(duì)金屬壁面的腐蝕速度比氣相狀態(tài)要快得多。硫化物型高溫腐蝕運(yùn)行分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)管壁附近呈復(fù)原性氣氛并存在含量很高的H2S氣體時(shí)，那么會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的硫化物型鍋爐水冷壁腐蝕，而且腐蝕速度與煙氣中H2S的濃度幾乎成正比。由黃鐵礦硫造成的腐蝕黃鐵礦粉末隨高溫?zé)煔饬鲃?dòng)到管壁上，在復(fù)原性氣氛下受熱分解釋放出硫化亞鐵和自由原子硫：FeS2→FeS+[S]當(dāng)管壁附近有一定濃度的H2S和SO2時(shí)，也可能生成自由原子硫：2H2S+SO2→2H2O+3[S]在復(fù)原性氣氛中，自由原子硫由于缺氧可單獨(dú)存在，當(dāng)管壁溫度到達(dá)350℃時(shí)會(huì)發(fā)生硫化反響：Fe+[S]→FeSH2S還可以透過疏松的Fe2O3，與較致密的磁性氧化鐵〔Fe3O4即Fe2O3—FeO〕中復(fù)合的FeO反響生成FeS：FeO+H2S→FeS+H2OFeS緩慢氧化生成黑色磁性氧化鐵，使管壁受到腐蝕：3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2硫化物型腐蝕所生成的FeS，熔點(diǎn)為1195℃，在溫度較低的腐蝕前沿可穩(wěn)定存在。但當(dāng)外層溫度較高時(shí)，F(xiàn)eS那么與介質(zhì)中的氧反響，轉(zhuǎn)化為Fe3O4，從而使腐蝕進(jìn)一步擴(kuò)展。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(duì)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，其腐蝕反響為：2H2S+Fe→FeS+H22H2S+FeO→FeS+H2O生成的硫化亞鐵又進(jìn)一步氧化形成氧化亞鐵。FeS與FeO的混合物是多孔性的，不起保護(hù)作用，可使腐蝕繼續(xù)進(jìn)行。另外，貼管壁氣氛中的CO也是發(fā)生高溫腐蝕的必要條件。煙氣中的H2S濃度與CO濃度的關(guān)系如以下圖所示：影響燃煤鍋爐水冷壁高溫腐蝕的因素煤中含硫量高煤中的硫是造成水冷壁高溫腐蝕的重要原因。煤中的硫可分為無(wú)機(jī)硫和有機(jī)硫。我國(guó)煤中的硫，約有60~70%為無(wú)機(jī)硫，30~40%為有機(jī)硫。在無(wú)機(jī)硫中,絕大多數(shù)為黃鐵礦硫，硫酸鹽硫只占較少比例。而黃鐵礦對(duì)結(jié)渣和腐蝕影響極大，故有必要測(cè)定電廠燃煤的全硫及各種形態(tài)硫。管壁溫度與熱負(fù)荷較高較高的管壁溫度為高溫腐蝕提供了條件，因在H2S濃度不變時(shí)，假設(shè)管壁溫度低于300℃，那么水冷壁不腐蝕或腐蝕很慢；假設(shè)壁溫在300~500℃范圍內(nèi)，那么腐蝕速度與壁溫呈指數(shù)關(guān)系，即壁溫每升高50℃，腐蝕速度增加一倍。因此，高參數(shù)鍋爐容易出現(xiàn)水冷壁的高溫腐蝕。

煤粉細(xì)度與爐內(nèi)貼壁氣氛的關(guān)系

采用滲鋁管采用滲鋁管作為水冷壁管也可以防腐。鋼材經(jīng)外表滲鋁后，其正常的滲層結(jié)構(gòu)應(yīng)由三局部組成，外層是鋁原子濃度較高的氧化鋁殼，中間為鋁鐵合金區(qū)，內(nèi)層是根本金屬，從而使鋼材具有復(fù)合材料的性能，可以大大提高其抗高溫氧化、抗腐蝕和抗飛灰磨損的能力。噴涂防磨防腐合金采用電弧噴涂與等離子噴涂工藝，在水冷壁可能發(fā)生腐蝕的區(qū)域噴涂防磨防腐合金，可有效地保護(hù)水冷壁，使其不再發(fā)生高溫腐蝕。該法工藝簡(jiǎn)單，涂層很薄，對(duì)水冷壁幾乎沒有傳熱影響，但價(jià)格太高。目前，采用等離子體噴涂水冷壁，有效使用周期可達(dá)五年，能滿足電廠正常檢修的需要。國(guó)內(nèi)外許多電廠都采用了這種方法，并取得了很好的防止高溫腐蝕的效果。前后墻對(duì)沖燃燒鍋爐水冷壁高溫腐蝕加貼壁風(fēng)后的溫度場(chǎng)未加貼壁風(fēng)的溫度場(chǎng)水冷壁硫化物型高溫腐蝕用金相顯微鏡和場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡對(duì)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。中間層為灰沉積層，分布大量黑點(diǎn)，為煤灰顆粒。中間層富集的顆粒主要是灰顆粒和未完全反響的煤顆粒。內(nèi)層致密，呈白亮色，為腐蝕反響層。腐蝕產(chǎn)物主要為磁黃鐵礦Fex-1Sx和鐵硫化物FeS，少量的鈣硫化物CaS和磁鐵礦Fe3O4、赤鐵礦Fe2O3和鈣硫酸鹽CaSO4。影響低溫腐蝕的因素1、硫酸蒸汽的凝結(jié)量。凝結(jié)量越大，腐蝕越嚴(yán)重。

2、凝結(jié)液中的硫酸濃度。煙氣中的水蒸汽與硫酸蒸汽遇到低溫受熱面開始凝結(jié)時(shí)，凝結(jié)液中的硫酸濃度很大。隨著煙氣的流動(dòng)，會(huì)遇到溫度更低的受熱面，煙氣中的水蒸汽和硫酸蒸汽還會(huì)繼續(xù)凝結(jié)，但這時(shí)凝結(jié)液中的硫酸濃度卻逐漸降低。開始凝結(jié)時(shí)產(chǎn)生的硫酸對(duì)受熱面的腐蝕作用很輕微，而當(dāng)濃度為56%時(shí)，腐蝕速度最大。隨著硫酸濃度的進(jìn)一步增加，腐蝕速度也逐漸降低。3、受熱面壁溫。受熱面的低溫腐蝕速度與金屬壁溫有一定的關(guān)系，研究與實(shí)踐證明，腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域有兩個(gè)：一個(gè)發(fā)生在壁溫在水露點(diǎn)附近；另一個(gè)發(fā)生在煙氣露點(diǎn)以下20-45℃區(qū)，兩個(gè)嚴(yán)重腐蝕區(qū)之間存在一腐蝕較輕的區(qū)域?？諝忸A(yù)熱器低溫段壁溫較少低于水露點(diǎn)，為防止產(chǎn)生嚴(yán)重的低溫腐蝕，必須避開煙氣露點(diǎn)以下的第二個(gè)嚴(yán)重腐蝕區(qū)。3.應(yīng)力腐蝕碳鋼在氫氧化鈉的水溶液中或受熱面局部區(qū)域出現(xiàn)游離濃堿，同時(shí)又受到拉〔壓〕應(yīng)力的作用就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，應(yīng)力腐蝕使金屬產(chǎn)生裂紋，造成脆性斷裂。奧氏體鋼在含氯離子的介質(zhì)和高溫的腐蝕環(huán)境由于拉〔壓〕應(yīng)力作用亦會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。啟動(dòng)和停爐時(shí)可能有含氯和氧的水團(tuán)進(jìn)入管道，奧氏體鋼在濕空氣中，也有可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂。四.疲勞

疲勞是周期性形變或交變應(yīng)力作用引起的損傷故障(一)類型1.振動(dòng)疲勞：因煙氣沖刷、卡門渦流引起管排振動(dòng)、爐膛振動(dòng)造成的疲勞損傷。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。3.腐蝕疲勞：在充滿S、Na、K、Cl等致腐介質(zhì)中引起的疲勞損傷。

(二)疲勞損傷原因及機(jī)理分析1.振動(dòng)疲勞“卡門渦流〞：當(dāng)氣流橫向流過管束，在管束的氣體尾流呈現(xiàn)一種交替脫落的順時(shí)針和逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的渦流稱為“卡門渦流〞。(1)管束振動(dòng)煙氣流過管束時(shí)，會(huì)形成卡門渦流，使管束產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)卡門渦流的頻率與管束的固有頻率接近，會(huì)出現(xiàn)共振發(fā)出強(qiáng)烈噪音，產(chǎn)生疲勞損傷?？ㄩT渦流激振頻率的計(jì)算式為：

式中w——煙氣流速(m/s)；d——管束直徑；St——斯特羅哈數(shù)〔Re2105時(shí)，St=0.20，Re16.5106時(shí)，St=0.27〕一般易發(fā)生共振的頻率為40~100Hz。某電廠300MW機(jī)組鍋爐由于后水冷壁延伸懸吊光管管布置有缺陷造成其固有頻率與煙氣渦流激振頻率相接近發(fā)生共振而爆管損壞。由于鍋爐設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、制造及安裝上的不合理，國(guó)產(chǎn)300MW機(jī)組UP爐的水冷壁管發(fā)生疲勞拉裂最為突出。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。在啟、停過程中或調(diào)峰時(shí)，又因升、降負(fù)荷速率過快，受熱面間的膨脹更是不暢，引起更多的拉裂或留下隱患，形成了惡性循環(huán)。

側(cè)包覆過熱器與側(cè)墻水冷壁鰭片焊縫處的拉裂爆漏，在200MW機(jī)組鍋爐和300MW機(jī)組的UP爐上時(shí)有發(fā)生。由于過熱器和水冷壁的介質(zhì)溫度不同，兩者材質(zhì)的膨脹系數(shù)和膨脹量存在差異，使水冷壁和側(cè)包覆過熱器之間的鰭片產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，容易在鰭片焊縫處產(chǎn)生拉裂；聯(lián)箱短管角焊縫因受熱面管屏膨脹不暢，且短管與聯(lián)箱的連接形式較薄弱，容易造成角焊縫開裂。

3.腐蝕疲勞爐管內(nèi)的介質(zhì)由于所含氧的去極化作用，發(fā)生電化學(xué)反響，在管內(nèi)的鈍化膜破裂處發(fā)生點(diǎn)蝕形成腐蝕介質(zhì)，在腐蝕介質(zhì)和循環(huán)應(yīng)力〔包括頻繁起停調(diào)峰、振動(dòng)引起的應(yīng)力〕的共同作用下造成腐蝕疲勞。某電廠1025t/h直流鍋爐試驗(yàn)研究說明，由于介質(zhì)中含Cl、SO42-、NO3、NO2等離子，啟停過程中局部軸向拉壓應(yīng)力較高，使前屏過熱器夾持管產(chǎn)生晶間應(yīng)力腐蝕裂紋而爆漏。煙氣中含有S、Na、K、V、Cl等有害物質(zhì)將大大促進(jìn)腐蝕疲勞故障的發(fā)生。五、質(zhì)量缺陷(一)類型1.焊接缺陷鍋爐四管爆漏事故中焊接缺陷原因所占比重很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)670t/h鍋爐有安裝焊縫1萬(wàn)多個(gè)，制造焊縫2萬(wàn)多個(gè)。1989~1991年間全國(guó)大機(jī)組中因焊接缺陷造成鍋爐四管爆漏事故為25%左右。僅1986~1991年間全國(guó)因焊縫質(zhì)量而造成四管爆漏1319次〔主要發(fā)生在安裝焊縫上〕，占鍋爐爆漏事故的12%。華東地區(qū)的爆管統(tǒng)計(jì)、焊接質(zhì)量原因占18~28%。

2.材料缺陷管材選用等級(jí)偏低或裕度不夠〔對(duì)變負(fù)荷、短時(shí)超負(fù)荷狀態(tài)下的材料耐受性考慮不夠〕；對(duì)管材綜合使用性能考慮不周〔如注意材料的耐熱性，忽略抗磨損性能；考慮了材料的抗高溫蠕變性能，忽略的抗腐蝕性能〕；管材結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜〔為降低本錢，將同級(jí)換熱管系設(shè)計(jì)成不同強(qiáng)度和不同壁厚的組合，給實(shí)際運(yùn)行造成復(fù)雜的脹縮或應(yīng)力狀態(tài)〕。(二)質(zhì)量缺陷的特征與原因1.焊接缺陷(1)裂縫：焊接接頭區(qū)域出現(xiàn)的金屬局部破裂現(xiàn)象。(2)未焊透：焊件間隙或邊緣未被電弧熔化而留下的空隙，同樣會(huì)降低接頭的機(jī)械強(qiáng)度并引起應(yīng)力集中。(3)夾渣：焊縫中夾有焊渣或雜質(zhì)，降低了接頭的各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)，并引起應(yīng)力集中。(4)氣孔：這是焊接中常見缺陷，氣孔中主要含氫和一氧化碳。(5)未熔合：一種假焊，填充金屬〔焊條〕與母材間沒有熔合一起，受外力后容易開裂。(6)咬邊：電弧將焊件邊緣熔化后，沒得到金屬的補(bǔ)充。(7)焊瘤：焊縫邊緣和母材熔合的堆積金屬，焊瘤通常夾渣和未焊透。(8)弧坑：這是焊縫收尾處產(chǎn)生的下陷現(xiàn)象，弧坑常存有氣孔，裂縫、夾渣等，大大減弱了焊縫的強(qiáng)度。(9)其他：焊接方法不對(duì)，破口形式不對(duì)，焊條型號(hào)不對(duì)，焊前未預(yù)熱，焊后未熱處理等。六、異種鋼焊接及機(jī)械損傷(一)異種鋼焊接兩種熱脹系數(shù)相差很大的鋼材焊在一起〔如奧氏體鋼和珠光體鋼〕，溫度升高后，膨脹系數(shù)大的奧氏體鋼一端對(duì)膨脹系數(shù)小的珠光體鋼一端產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力；奧氏體鋼與鐵素體異種鋼管焊接接頭由于蠕變強(qiáng)度和熱脹系數(shù)不匹配以及焊接界面附近的碳遷移，可能造成焊接界面斷裂失效。如水冷壁與低溫再熱器復(fù)式壁的連接定位卡，過熱器和再熱器蛇形管管排定位卡結(jié)構(gòu)，兩種管子高溫下相對(duì)膨脹不暢，管段起拱亂排、卡件脫落拽傷管壁。側(cè)包覆與側(cè)水冷壁間的鰭片較寬且滿焊，兩者工質(zhì)溫度不一致，膨脹量相差大，形成較大的溫差應(yīng)力而拉裂；頂棚過熱器運(yùn)行中熱脹不暢，產(chǎn)生較大熱應(yīng)力，導(dǎo)致爐頂管塌陷、密封燒穿，引起嚴(yán)重漏灰、漏煙，且管子鰭片拉裂造成爐頂管爆漏。(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，焊接處存在焊接剩余應(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。膨脹受阻，導(dǎo)致屏間、管間的鰭片拉裂管子。聯(lián)箱短管角焊縫因受熱面管屏膨脹不暢，造成角焊縫開裂。(五)低溫腐蝕1位置：多發(fā)生在低溫省煤器和空氣預(yù)熱器管壁上，省煤器的煙溫比較低，假設(shè)尾部有漏風(fēng)現(xiàn)象，局部煙溫更會(huì)降低、腐蝕更嚴(yán)重。2.斷口形狀：爆口附近有凹凸不平的腐蝕區(qū)、呈拉裂狀。金相組織無(wú)明顯變化，斷口處晶粒拉長(zhǎng)，為韌性斷裂。該腐蝕具有縫隙腐蝕特性。(六)應(yīng)力腐蝕1.位置(1)主要發(fā)生在低壓汽包鍋爐的鉚釘、鉚釘孔、管子帳口和汽包孔座處。(2)過熱器和再熱器的高溫區(qū)管和取樣管可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕故障。2.斷口形狀(1)管內(nèi)壁有一層氧化皮，有腐蝕斑點(diǎn)，在裂紋處有明顯的凹坑及溝槽，裂紋內(nèi)有灰色腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物中氯含量較高。(2)斷口具有冰糖塊狀把戲或呈顆粒狀，斷口周圍無(wú)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。四、疲勞(一)振動(dòng)疲勞１.位置(1)尾部對(duì)流受熱面〔省煤器及管式空氣預(yù)熱器〕及尾部煙道。(2)爐墻及剛性梁的支桿和拉桿(3)燃燒器附近，燃燒室。(4)臥式過熱器的管道。(5)水冷壁管，后水冷壁延伸懸吊光管。２.斷口形狀(1)斷口處管徑正常、金屬壁厚無(wú)減薄現(xiàn)象。(2)管內(nèi)、外部環(huán)向裂紋特征一致，內(nèi)外裂紋已貫穿、斷口整齊、無(wú)明顯伸長(zhǎng)跡象；裂紋斷口呈脆性，可見貝紋線及二次穿晶裂紋為典型的疲勞斷口；疲勞裂紋源起于焊接缺陷處，沿周向擴(kuò)展。(3)連接焊縫或部件拉裂后包墻管和側(cè)包墻管焊縫拉開水冷壁密封片、穿墻、連桿焊點(diǎn)撕裂、泄漏爐墻及剛性梁的支桿、拉桿變形水冷壁鰭片焊縫撕裂或拉裂水冷壁管空氣預(yù)熱器管箱熱風(fēng)管拉裂(三)腐蝕疲勞１.位置：鍋爐內(nèi)存在腐蝕介質(zhì)，在振動(dòng)疲勞和熱疲勞可能發(fā)生的部位，均可能產(chǎn)生腐蝕疲勞，某鍋爐左右墻水冷壁，尤其右墻水冷壁因焊接，母材缺陷等頻繁發(fā)生腐蝕疲勞大范圍泄漏。２.斷口形狀：(1)管徑無(wú)明顯脹粗、減薄現(xiàn)象，沒有塑性變形，呈脆性斷裂。(2)裂紋斷口面較平齊，與管子壁厚垂直，但不光滑。(3)內(nèi)外壁的外表有許多微裂紋，裂紋擴(kuò)展和分布方向都與徑向或45角，裂紋內(nèi)有腐蝕介質(zhì)〔Fe3O4〕，裂紋附近呈現(xiàn)大范圍的脫碳現(xiàn)象，金相組織為鐵素體+珠光體〔細(xì)顆粒狀〕+碳化物顆粒。(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。4.2加強(qiáng)設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造監(jiān)管4.2.1設(shè)計(jì)方面完善設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)加大平安裕度是防止“四管〞爆漏最根本的措施。如果在設(shè)計(jì)時(shí)能選用較適宜的布置、合理的熱強(qiáng)度、較好的鋼材、較多的交叉混合及周到的膨脹系統(tǒng)，那么爆漏的機(jī)率是會(huì)大大減少的。4.2.2制造方面制造方面主要是加強(qiáng)新建鍋爐的檢驗(yàn)，包括制造廠家的質(zhì)量檢驗(yàn)及鍋爐壓力容器檢驗(yàn)中心的制造安裝質(zhì)量監(jiān)檢。雖然制造廠對(duì)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(duì)防止鍋爐“四管〞爆漏也有具體措施，但是鍋爐設(shè)