浅谈苛性脆化

2012-12-08赵国庆

应用能源技术 2012年3期

赵国庆

(大庆市特种设备检验研究所，黑龙江大庆 163311)

近日整理总结检验案例时涉及到这样一次检验情况:对大庆某大型供热企业在用锅炉进行定期检验时，发现其多数烟管有泄漏现象。泄漏点多为与管板连接处，距管板管端7～15 mm处，多数为烟管下边缘。经切割后外表面检查，泄漏点为裂纹，管壁无金属变形、减薄。此锅炉结构为单锅筒(实际是3锅筒)纵置式链条炉排，经资料审查知烟管与管板为胀接连接，结合锅炉实际运行情况分析得出以下结论:此现象为典型的苛性脆化导致烟管产生裂纹，发生泄漏，具体分析如下:

1 原因分析

该企业受检锅炉为供暖用水管锅炉，共三个锅筒(实际为锅壳锅炉)，中间为主，两边为副。锅壳的管板是中间的稍厚，两边的稍薄一些。而出现裂纹的烟管多出现在中间锅筒(锅壳)与管板相连接处。由于烟管与管板是胀接连接，在胀管时，胀管率的选择、胀管试胀情况及条件及操作水平和责任心的不同，导致部分胀管质量不合格，在烟管与管板之间形成微小缝隙。由于是以机械压力形式胀管，在胀口处存在较高应力;在锅炉运行时，锅水进入缝隙，不断蒸发、浓缩，再进入，再蒸发，使缝隙中的NaOH浓度不断增大，久而久之对受高应力的金属产生腐蚀形成裂纹，使烟管发生泄漏。从而得到结论:由苛性腐蚀(苛性脆化)产生的裂纹导致烟管泄漏。

2 什么是苛性脆化

不同行业对苛性脆化的概念有不同的诠释:

苛性脆化(GB/T 2900.48－1993《电工名词术语固定式锅炉》):锅筒的铆接或胀接部位因局部应力集中和游离碱含量过高产生晶间裂纹的脆化现象。

苛性脆化(DL/T 882－2004《火力发电厂金属专业名词术语》):锅炉用金属，由于局部区域出现碱性介质(如氢氧化钠溶液)的浓缩，使之在拉应力区产生沿晶一穿晶型腐蚀裂纹的现象，但金属组织并未发生变化。苛性脆化也称为碱致脆化。

苛性脆化实际上是应力腐蚀中遭受碱性腐蚀的一种特殊情况，是一种电化学腐蚀。锅炉受压元件在采用铆接、胀接、焊接等加工部位，一方面存在较高的应力，另一方面又存在细小的缝隙。这些缝隙中渗入的锅水，在高温之下被蒸发。这样不断渗入锅水又不断蒸发，使水中的游离NaOH残存在缝隙之中。随着时间的推移，缝隙中NaOH的浓度不断增大，甚至可以出现固体结晶。这种浓缩的碱性溶液对其周围受高应力的金属产生腐蚀，即为苛性脆化。由于碱性腐蚀是沿晶间发展的，故苛性脆化又称晶间腐蚀。

3 发生苛性脆化的条件

从上述分析得知发生苛性脆化必须存在一定的条件:

(1)在金属连接处存在较高的局部应力;

(2)由于受压部件连接处不严密，或缺陷部位有缝隙，发生渗漏，使锅水不断浓缩;

(3)锅水中存在浓度较高的游离NaOH，相对碱度(NaOH/溶解固形物)大于20%。

上述各种情况必须同时存在才能引起苛性脆化，缺少其中一个条件，苛性脆化就不会发生。

4 苛性脆化的特点及危害性

(1)初期裂纹及其支纹是发生在晶粒边缘间的，随着晶间裂纹的发展，就会产生穿过晶粒的裂纹(穿晶裂纹)，迅速扩展甚至导致爆炸。

(2)裂纹区域内五金属变形，裂纹表面呈暗黑色。

(3)在接缝泄漏处形成苛性钠溶液(10%以上的NaOH)。

苛性脆化就是晶间腐蚀，腐蚀沿着金属晶粒的边界进行，形成极为细小的犬牙交错的裂纹。苛性脆化一旦发生，金属遭到破坏的速度会加速进行。当能觉察到有裂纹时，金属的损伤已达到了严重的程度。

苛性脆化的危险性就在于这种腐蚀发生的初期不容易发现，它不会形成溃疡点，也不会使金属变形、变薄，而且一旦有了这种腐蚀时，金属遭到破坏的速度会加速进行。当能观察到裂纹时，金属的损伤可能已达到严重的程度。锅炉苛性脆化的后果是严重的，轻者发现得早，也会使锅炉不能使用，重者会发生锅炉爆炸，造成严重的设备损坏和重大的人身伤亡事故。

5 修理方法

苛性脆化裂纹不得补焊修理，只能根据实际情况挖补或更换。由于苛性脆化对金属的破坏性，导致金属的各种性能下降，在各相关规程中也规定苛性脆化裂纹只能挖补或更换。

6 预防手段及方法

通过分析苛性脆化产生的必要条件也就得到了预防苛性脆化产生的方法:

(1)尽量减少因焊接或胀接、铆接产生的局部应力是预防产生苛性脆化的前提;

(2)杜绝受压部件的细小缝隙。这对施工质量提出了较高的要求。例如本文提到的胀接连接，怎样避免细小缝隙是质量保证部门和实际施工部门共同努力的结果。这要从胀接前的试胀工作开始，严格按照胀接工艺的要求，合理确定胀管率，严格检查胀后质量，从严进行返修工作，才能减少细小缝隙的产生。

(3)严格控制锅水中的碱度。加强水质运行管理是保障锅炉水质安全的主要手段，这要从几个方面来入手:管理层的重视、规章制度的完善及操作规程的实用性、设备及仪器设施的完好性及使用的正确性、操作人员的水平及责任心。2008年国家修订了工业锅炉水质标准，更完善的要求了锅炉水质标准，这对锅炉的安全运行起到保驾护航作用。