电站锅炉水冷壁频繁腐蚀穿孔分析*

王明庭，刘景新，赵 斌，王会权

（1.华北理工大学 冶金与能源学院，河北 唐山 063000；2.唐山市特种设备监督检验所 电站锅炉部，河北 唐山063000）

电站锅炉水冷壁频繁腐蚀穿孔分析*

王明庭1,2，刘景新2，赵 斌1，王会权2

（1.华北理工大学 冶金与能源学院，河北 唐山 063000；2.唐山市特种设备监督检验所 电站锅炉部，河北 唐山063000）

为了找出水冷壁管高负荷区频繁发生泄漏事故产生的原因，通过查阅资料、宏观检查、壁厚测量及强度校核、硬度测定、金相分析、力学性能分析、胀粗测量等方法对事故水冷壁管进行了分析。结果表明，垢下腐蚀是导致水冷壁管腐蚀穿孔泄漏的直接原因，汽水品质差、低负荷运行等不合理运行因素是水冷壁频繁泄漏的根本原因。实践表明，在高压等级范围的电站锅炉，当水质不达标时容易发生类似缺陷。

腐蚀；电站锅炉；水冷壁；腐蚀穿孔；垢下腐蚀

1 事故概况

某钢铁企业自备电厂，两台110 t/h高压锅炉，从2013年底开始连续发生多次水冷壁泄漏，部分管壁上出现鼓包。发生事故时，锅炉运行周期约3万h，锅炉主蒸汽压力9.81 MPa，主蒸汽温度540℃，燃料为高炉煤气，燃烧方式为四角切圆。水冷壁规格Φ60 mm×5 mm、材质20G。

查阅事故记录显示，从2013年底开始2#锅炉发生多根水冷壁泄漏，2014年11月1日又因水冷壁泄漏事故停炉，泄漏点23处。锅炉与2014年10月3日开始低负荷运行，到发生再次泄漏运行20余天，负荷基本保持额定负荷的50%以下。

2 事故分析

2.1 宏观检查

炉膛四周水冷壁整体管排排列整齐，未见异常变形。在燃烧器高度至燃烧器标高向上约2 m位置向火侧可见多处管子泄漏，外表面泄漏点如同针孔形状，泄漏点管子四周均有，没有侧重某一侧炉墙，部分水冷壁向火侧出现鼓包现象，数次的水冷壁失效形貌特征类似。

对发生了穿孔处管子进行现场取样，如图1所示。从图1（c）可以看出，穿孔处内壁可见溃疡状腐蚀坑，呈腐蚀穿孔泄漏[1]，管子内表面腐蚀层或氧化皮较厚，测量厚度约0.7 mm。对该管子进行切割取样，切割过程伴有腐蚀物或氧化皮脱落，说明腐蚀物和氧化皮与管子衔接疏松。未泄漏处管子内表面未见明显腐蚀斑痕。

图1 水冷壁钢管腐蚀穿孔照片

2.2 壁厚测量及强度校核

测量图1（b）中泄漏点1～泄漏点4及其附近的壁厚，结果见表1。由表1可知，腐蚀部位减薄1 mm，其他部位未见明显减薄。通过壁厚校核计算分析，该水冷壁管最小需用壁厚为3.125 6 mm，满足使用要求。

表1 水冷壁管壁厚测量结果

2.3 硬度测定

按照测厚点部位进行硬度检测，硬度为120～130HB，硬度值正常。

2.4 金相分析

对图1（b）腐蚀穿孔管子中腐蚀最严重部位和完好部位分别制取试样，镶嵌后进行金相分析。腐蚀部位试样的纵截面晶界清晰，珠光体未见球化，晶粒度大小正常。腐蚀部位试样的横截面属于倾向性球化，铁素体晶界不明晰，珠光体球化等级评定为2级；同时测得管子内表面氧化皮厚度为0.59 mm；并对内表面边界金相1 000倍组织分析，发现由内表面向材料内部延伸有沿晶的微裂纹。并对无腐蚀部位制取试样，进行金相组织分析，晶界清晰，晶粒度正常，珠光体未见球化，锅炉水冷壁管金相分析照片如图2所示。

依据DL/T 674—1999《火电厂用 20号钢珠光体球化评级标准》分析可知，取样管未见珠光体球化现象或珠光体倾向性球化，20G珠光体球化现象不明显。通过高倍显微镜观察发现，由内壁向材料内部延伸有沿晶微裂纹。

2.5 力学性能分析

对腐蚀穿孔管的向火面取样进行力学性能分析，结果见表2。试验结果满足GB 5310—2008对20G材料拉伸性能的要求。

2.6 胀粗测量

腐蚀穿孔管子实测管外径最大值60.8 mm，均未见明显胀粗。

2.7 相关承压部件宏观检查

图2 锅炉水冷壁管金相分析照片

表2 腐蚀穿孔水冷壁向火面水冷性能

检查发现：锅筒内表面布满水垢，水侧尤为严重，呈乳白色软垢，最厚处约1.5 mm，部分旋风筒倾倒、移位；减温器内部布满水垢，较严重，呈白色硬垢；省煤器入口集箱内堆积了大量泥渣（如图3所示）。可以看出，锅炉汽水品质差，白色水垢说明水垢的化学成分主要是钙镁水垢，钙镁水垢造成锅水的硬度偏大[2]。

图3 锅炉各主要部件内部新状况

2.8 缺陷原因分析

炉膛四周水冷壁管排排列整齐，未见异常变形；数次泄漏水冷壁形状特征类似，呈腐蚀穿孔状泄漏，部分管壁有鼓包，上述缺陷均发生在向火侧内壁。

对腐蚀穿孔管子取样，泄漏部位内表面有溃疡状腐蚀坑，呈贝壳状向下凹陷；硬度值在正常范围，力学性能正常，未见明显胀粗；金相组织基本正常，未见珠光体球化或珠光体倾向性球化现象，边界向材料内部延伸有沿晶的微裂纹；检测结果符合垢下腐蚀机理特征[3]。硬度超标的水质环境正好吻合了垢下腐蚀的腐蚀机理。

锅筒、减温器、省煤器及水冷壁内表面的较厚氧化皮或腐蚀层均说明锅炉的汽水品质恶劣[4]。从锅筒、减温器内表面的白色水垢可以分析出水的硬度大[5]。

长期低负荷运行热偏差大，势必减缓水冷壁的水循环速度，使水循环被破坏，造成局部超温，加速了水冷壁管的腐蚀，腐蚀产物增厚又加速了局部超温，二者相互影响导致了水冷壁大面积泄漏、鼓包。长期低负荷运行，加速了水冷壁管的腐蚀，又使得高压加热器无法投入，造成给水温度比设计值低100℃，必然造成某些受热面超负荷吸热，影响其材质安全。

分析结果表明，垢下腐蚀导致了水冷壁管失效，锅炉水质不达标和长期低负荷运行等不规范运行是造成本次水冷壁管失效的直接原因[6]。实践表明，在高压等级范围的电站锅炉，当水质不达标时容易发生类似缺陷[7-9]。

3 事故预防与改进

3.1 提高技术人员水平

从唐山地区的水冷壁失效事故发现，事故多发生在企业新建的自备电厂，尤以高参数锅炉多发。当前，电站锅炉数量稳步增加，自备电厂是增量主体，自备电厂人员流动性大，有经验的技术人员紧缺，人员匹配数量少，对同一机组特性掌握的传承性差，管理体系提升速度滞后。当前各自备电厂新建的锅炉多数为高参数锅炉，而相关管理和运行人员多数是中压机组人员，缺乏高参数锅炉工作经验；高压参数锅炉材料较复杂，各自备电厂普遍缺乏专业的金属监督人员和化学监督人员。类似水冷壁垢下腐蚀事故在上世纪80年代为常见事故，现在类似事故在各大专业电厂已经很少发生，但是自备电厂却屡次发生。因此，提高操作人员素质和锅炉管理水平是自备电厂避免事故的当务之急。

3.2 加强检修、改进不合理的负荷波动

为了多创效益，电站锅炉的启停不完全由发电分厂直接控制，实际上自备电厂基本上不安排计划停炉，非计划停炉期间安排的检修时间较短，导致锅炉检修不足，增加安全运行隐患。由于各自备电厂锅炉燃料多为废气再利用，燃料供给波动大，导致锅炉负荷频繁波动，增加了运行难度，燃料供应不足导致的长期低负荷运行是影响锅炉安全运行最大的安全隐患。这些都增加了水冷壁泄漏事故的发生频率。新增炉型在设计方面难免存在缺憾，也是目前锅炉发生泄漏的原因之一。

4 结束语

通过事故原因分析，认为垢下腐蚀是导致电站锅炉水冷壁管失效的主要原因。锅炉水质不达标且长期低负荷运行等不规范运行使水冷壁管形成较厚的且不均匀的水垢，硬度超标的水质环境正好适合垢下腐蚀的腐蚀机理，因此在高压等级范围的电站锅炉，当水质不达标时容易产生水冷壁管频繁腐蚀穿孔。

预防水冷壁管垢下腐蚀的措施是加强化学监督工作。落实日常的水质化验制度，对已结垢的水冷壁管进行化学清洗。运行期间，重点关注凝汽器泄漏后给水硬度超标问题，加强给水含铁量的检测与控制[10]。停炉期间做好停炉保养工作，避免出现因大气腐蚀造成针状腐蚀穿孔事故。

[1]沈国清，高宪波，安连锁，等.Chan-Taylor协同定位算法在电站锅炉泄漏定位中的应用[J].电力科学与工程，2014（3）：5-8.

[2]张泰岩，王志伟，张营，等.电站锅炉省煤器出口水温变化对过热器温度影响的计算方法研究[J].电力科学与工程，2006（2）：14-16.

[3]王来，马海涛，韩双起，等.热电厂锅炉水冷壁管爆管泄漏原因分析[J].金属热处理，2011，36（9）：36-40.

[4]HOSSEIN，ZADEH，TAGHANL，et al.Caustic corrosion in a boiler waterside tube：Root cause and mechanism[J].Engineering Failure Analysis，2015（28）：69-77.

[5]LUO Xiaoling，ZHANG Zhi.Leakage failure analysis in a power plant boiler[J].IERI Procedia，2015（5）：107-111.

[6]GB/T 30579—2014，承压设备损伤模式识别[S].

[7]殷尊.超超临界1000MW机组锅炉水冷壁爆管原因分析[J].热力发电，2013，42（7）：92-96.

[8]TSG G0001—2012，锅炉安全技术监察规程[S].

[9]赵昆.电站锅炉承压部件失效模式与风险评估研究[D].山东：山东大学,2014.

[10]GB/T 12145—2008，火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量[S].

Analysis of Frequent Corrosion Perforation of Power Station Boiler Water Wall

WANG Mingting1,2，LIU Jingxin2，ZHAO Bin1，WANG Huiquan2
（1.Institute of Metallurgy and Energy,North China University of Science and Technology,Tangshan 063000,Hebei,China；2.Tangshan City Special Equipment Supervision and Inspection Institute,Tangshan 063000,Hebei,China）

The leakage accident of water wall tube frequently occurred in high load area,in order to find the cause,it analyzed the water wall tube for the accident through consulting data,macroscopic examination,wall thickness measurement and strength check,hardness testing,metallographic analysis,mechanical performance analysis,measuring expansion and other methods.The results showed that the underdeposit corrosion is the direct reason lead to corrosion and perforation;poor quality steam water,low load operation and other unreasonable operation factors are the primary cause of frequent leakage of water wall.Practice showed that the power station boiler easily occurred similar defects in the high pressure range,when the water quality is not up to the standard.

corrosion;power station boiler;water wall；corrosion perforation;underdeposit corrosion

TK223.3

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.11.015

国家质量监督检验检疫总局科技计划项目“电站锅炉炉内磨损部位预判研究及综合防磨理论的创立”（项目号2014QK065）。

王明庭（1978—），男，本科，高级工程师，主要从事电站锅炉检验工作。

2016－06－12

李红丽