典型的水冷壁氢腐蚀爆管剖析

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1、湖南电力第31卷第4期HUNANELECTRICPOWER2011年8月doi：10．3969／j．issrL1008-0198．2011．04．011典型的水冷壁氢腐蚀爆管剖析谢亿。陈红冬．杨湘伟。胡浩波(1．湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙410007；2．湖南省湘电试验研究院有限公司，湖南长沙410007)摘要：通过金相、理化试验对某热电厂一次典型的水冷壁氢腐蚀爆管事故进行了全面的分析，讨论其产生的原因和氢腐蚀机理，并提出处置建议。关键词：水冷壁；爆管；氢腐蚀中图分类号：TGll5．211文献标识码：B文章

2、编号：1008-0198(2011)04-0033．04湖南省某化工企业热电厂的3号锅炉由武汉锅炉集团有限公司生产，型号为WGZ一240／10．3一I，于1998年投入运行。近年来，该锅炉频发爆管，2010年8月又发生1次爆管事故。1试验方法与分析1．1宏观检查水冷壁材质为20G，设计规格为6OITI1TIx5衄，爆口管子表面没有明显的氧化皮，也无胀粗和鼓包。爆口呈天窗型，其边沿无塑性变形，呈脆性失效特征，管内壁存在腐蚀剥落，其中脱落严重(b)爆管处管内壁腐蚀减薄部分壁厚仅1．9mm，不到设计壁厚的40％，见图图1

3、爆口形貌1。管内壁其它部位还有多处溃疡型腐蚀剥落，腐蚀现象较为普遍。爆管处管壁存在明显的分层，其1．2金相组织分析组织在4％硝酸酒精的作用下呈现明显颜色差异，爆口处的金相组织存在明显的分层，见图3见图2。(a)，管外壁侧金相组织为铁素体+珠光体，珠光体球化1．5级，组织正常，见图3(b)。管内壁侧显微组织绝大部分是白色的铁素体，几乎没有黑色的珠光体存在，说明管内壁存在脱碳现象，见图3(c)，脱碳严重区域厚度达到4．5n,lnl，占到设计壁厚的90％。脱碳区有黑色条状显微裂纹，沿着铁素体晶界分布，见图3(d)。这些显

4、微的沿晶裂纹是肉眼看不到的，它们的存在破坏了金属晶粒之间的联系，致使金属的强度和塑性降低⋯。1．3力学性能试验在爆口向火侧取1组试样进行拉伸试验。试验发现1-1样品断裂位置存在内壁缺陷，见图4，试(a)爆口宏观形貌验结果不合格。其余样品抗拉强度及伸长率均符合收稿日期：2010-12-20·33·第31卷第4期谢亿等：典型的水冷壁氢腐蚀爆管剖析2011年8月用无缝钢管》进行评估。因此，爆管试样母材化热负荷分布不均，局部热负荷变化幅度较大，造成学成分符合要求。具体分析数据见表2。局部管壁金属温度波动和超温，破坏了水冷壁

5、管内表2母材化学成分％表面钝化膜的连续性，而钝化膜遭到破坏地方，就是氢腐蚀的发源地。当管壁金属温度大于400℃，管内产生汽水分层或蒸汽停滞时，就可能发生蒸汽腐蚀，其反应式为：3Fe+4H2O-+Fe3O4+8[H]产生的氢会扩散到钝化膜遭到破坏处的钢管中，与钢中的渗碳体进行反应，生成甲烷，使钢基体脱1．5垢物化学成分分析碳。反应式如下：4H+Fe3CFe+CH4由于甲烷在钢中的扩散能力很低，大部分积聚在钢基体的晶问，使晶间产生局部压力(最高可达到1．8x10MPa)，最终导致晶间裂纹产生。碱性腐蚀是由于炉水中的pH

6、值过高，从而产生游离的氢氧化钠在水冷壁管内侧垢物下发生浓缩，使得炉管内表面的保护膜溶解。暴露出来的钢管新鲜表面与炉水中的游离氢氧化钠反应生成氢原子和亚铁酸钠，其化学反应式为：3Fe+6NaOH---~3Na2FeO2+6[H]3Na2FeO2+4H2O-+Fe3O4+6NaOH+2[H]图7爆管内壁垢样一旦形成腐蚀产物，由于热阻大，导致腐蚀产物下局部金属基体的温度进一步升高，盐类进一步浓图7示出爆管内壁结垢形貌，垢样呈黄色，并缩，两者互相促进，使腐蚀加剧。由于亚铁酸钠水分层剥落。取垢层样灼烧并作成分分析，450℃灼

7、解为FeO和氢原子，在一定的情况下氢原子还会烧减少0．38％，900oC灼烧减量为负数。成分分析向金属内部渗透，进而产生氢腐蚀。表明管内附着物主要是氧化铁垢，占68．05％，并酸性腐蚀是在炉水的pH值过低时发生，通过混有磷酸盐和钙盐水垢，具体数据见表3。破坏管内壁的保护膜使具有腐蚀性的炉水可以直接表3结垢层各化学成分含量％与钢铁基体发生如下的反应：成分Fe203A1203CuOCaOMg)P205CI一Fe+2H-+Fe+2[H]含量68．052．101．0010．206．4016．900．11反应生成原子态氢，而

8、氢扩散至钢内部与钢中的碳反应，生成甲烷，进而使钢基体脱碳，产生氢腐1．6炉水品质蚀。查看该热电厂锅炉运行记录，发现2009年l1锅炉在运行工程中，其运行工况和工质不尽相月7日前炉水的pH值明显偏高，且没有进行磷酸同，同时，上述腐蚀形式又相互作用、相互影响，盐加氢氧化钠处理，导致炉水的氧含量高。腐蚀机理较为复杂。通过现场了解，并查阅相关运行记录，认为蒸汽和碱性