锅炉水冷壁爆管事故原因分析

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1、锅炉水冷壁爆管事故原因分析在工业锅炉运行过程中，经常会遇到各种各样的问题，其中水冷壁爆管是最危险也是最经常发生的一种，严重地影响了锅炉机组的安全稳定运行。因此，我们对于锅炉所出现的事故给予详细的分析，探索出引发事故的最终原因，这对锅炉运行安全性和有效性的提高具有重要的意义。1锅炉水冷壁爆管事故概述事故设备为某公司的1台生产用锅炉，2012年10月安装完毕并投运,型号为SZL4-2.5-AIIo锅炉水冷壁管规格为cp51mmx3mm,材质为20Go根据生产要求，锅炉运行压力为l.OMPa。由于公司锅炉管理安全意识淡薄，加之该地区原水水质硬度偏高，从2016年4月开

2、始，多根水冷壁管均发生了不同程度的爆管,从而失去其应有的效力，导致公司出现计划以外的停产。水冷壁管最底端标高2.85m,最高标高34m,爆管位置多发生在标咼为21m~4m处。1观察与试验结果1.1宏观形貌检查水冷壁管岀现爆管的位置处于直管一段，且面向于炉内火焰面，爆口从表面形状来看，呈现为凿槽型，从爆口看向管的内壁，腐蚀的痕迹清晰可见，爆口附近管壁其直径没有表现出较为明显的涨粗情况。由此可判断出，水冷壁管在出现裂开时，并没有蠕胀和塑性变形发生。爆口位置其边缘的厚度由向火面的内壁开始明显变薄，最薄处仅为1.9mmz而该水冷壁管正常厚度应为5mmz水冷壁管背向于火焰

3、面的地方没有明显的腐蚀情况，也未见管壁变薄。爆口断开暴露岀的表面表现为粗糙，边缘未见撕裂型剪切唇。爆口周围管壁变薄位置具有腐蚀坑的特征，其不是均匀性的变薄,而属于溃疡性腐蚀。该爆管周围的水冷壁管也存在同样的溃疡性腐蚀情况。腐蚀产物的颜色为暗黑色，水冷壁管上出现腐蚀坑的位置管壁明显较薄，与基体金属相对比，腐蚀产物的体积变大。1.2化学成分分析在该发生爆管的水冷壁管上进行取样，取样位置为与爆口有较远距离的地方，对取得的样品进行化学分析。从结果中可以看岀，该水冷壁管材料符合GB5310—2008《高压锅炉用无缝钢管》标准中20G化学成分要求。1.3显微组织分析从爆口边

4、缘内部表面存在腐蚀坑的位置上切取一块材料作为金相试样，并对试样的截面进行粗磨和细磨，之后采用浓度为4%的硝酸酒精将其腐蚀使用AxioImagerA2m型蔡司显微镜和FEIQuanta450FEG型扫描电镜进行显微组织观察分析，元素成分的分析选用OXFORDAztecX-MAX50型能谱分析仪。1.4垢层分析通过扫描电子显微镜（SEM）对水冷壁管内壁的垢层进行分析，可见有积垢层附著于管的内壁上，且从垢层表面来看，其凹凸不平，薄厚程度为厚，和管壁基体存在明显的分界面，且腐蚀产物形貌展示为〃泥纹状〃。通过能譜仪（EDS）对其进行分析可知，垢层中含有Ca、Fe、Zn、0

5、等元素，并且含有少量的元素Zn、Ca、Mn、Si等。2失效原因分析通常情况下，如果是因为水冷壁管温度太高而导致的爆口，该爆口会表现为撕裂状，有剪切唇，并会出现明显的塑性变形。而从此次爆口的形貌来看，并不符合该形貌，而且腐蚀坑下金属机体显微组织中层片状珠光体形态明显，不存在珠光体球化现象，材料组织也不存在劣化现象，因此可排除由于温度过高而导致爆口的可能性。调取水冷壁管在失去效能前的锅水，通过检测pH值发现，绝大多数的锅水pH值均在10以上,当水冷壁管内的介质其压力为10.2MPa-10.5MPa时，锅水pH值控制标准为9.0-10.0,最低运行值也要超过9.5,所

6、以并不是低pH值运行，便可排除是出现了酸腐蚀，而且水冷壁管的内壁上没有出现脱碳，所以不是酸腐蚀而导致的爆口。—般来说，水冷壁管内部的表面有一层致密的Fe3O4保护膜来保护基体不会受到腐蚀，如果锅水的pH值太高，或者是过低，都会破坏保护膜。当水冷壁管内介质的压力值为10.2MPa~10.5MPa时，锅水PO43■浓度的控制目标为2mg/L~6mg/L,而从锅水的监测数据来看，锅水PO43-浓度数据普遍处于偏高状态。此次爆管发生在21m-24m标高范围内。属于锅炉的汽水分离段，在这一过程当中，锅水中的磷酸盐等成分会被浓缩,面向火焰的一面更加严重，所以锅水中磷酸盐会大

7、量析出，并在水冷壁管的内壁上附着，从而形成积垢层。积垢层就为垢下腐蚀的形成提供了前提条件，磷酸盐积垢层的导热性能非常差，而垢下的锅水会快速蒸发，所以垢下具有较高pH值锅水中的碱液会被浓缩,尤其是面向火焰一面的水冷壁管中，因为其具有的热负荷高，碱浓缩就更加严重，所以导致了碱性腐蚀。临界浓度的浓缩碱可对金属基体造成直接的侵袭，而且热负荷太高在无形中又增加了腐蚀的进一步发展。在垢下pH值高的情况下，基体表面具有的Fe3O4保护膜会受到破坏，基体因此被暴露出来，并进一步腐蚀，在腐蚀的过程中，就会形成一个个的腐蚀坑，这也是水冷壁管厚度不断变薄的原因。而腐蚀生成的H2会进入

8、水汽，在循环的过程中会被