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        水冷壁用不銹鋼高壓鍋爐管失效及開裂分析
        時間:2021-06-15 09:01:54        點擊量:【 】次


        采用掃描電鏡、光鏡和X射線能譜儀等實驗分析方法,對高壓鍋爐水冷壁管失效、開裂的原因進行了分析調查。結果表明,水裂高壓鍋爐壁管因應力腐蝕開裂而開裂,同時存在氫氣。

        高壓鍋爐是電廠的關鍵設備。高壓鍋爐管是高壓鍋爐的特殊材料。其使用條件苛刻,技術要求嚴格。在高壓鍋爐的長期安全運行中,要求高壓鍋爐管具有良好的工藝性能。同時還必須具有耐高溫、耐高壓、耐腐蝕、抗熱疲勞等性能[]。本鋼電廠高壓鍋爐水冷壁管未達到使用壽命就泄漏。泄漏部分的水冷壁管被打開?,F場檢查發現,高壓鍋爐內壁有許多大小不一、深度不一的圓形氧化孔,銹蝕的孔洞已經穿透管壁到達壁管外壁進水,造成水冷壁將水滴入這些部件的管道。為保證和延長水冷壁管的使用壽命,必須找出水冷壁管內壁銹蝕的原因。

        1 情況調查

        本溪鋼鐵電廠高壓鍋爐水冷壁管所用鋼材為20G,其化學成分及各項性能指標符合GB5310中20G的要求,工作壓力為1500,工作壓力1213MPa,水冷壁管處于無氧狀態。管內介質為去離子蒸汽混合物,蒸汽混合物介質溫度在320340之間。管內介質成分分析表明,介質中含有P、Na、Fe、Cu、Ca、Mg、Si等雜質元素。介質的pH值在10到12之間,呈堿性。

        2 抽樣檢驗和檢驗結果

        2.1 抽樣檢查

        鑒于本溪鋼鐵電廠高壓鍋爐水冷壁管在運行過程中腐蝕嚴重,泄漏部位斷口已嚴重腐蝕,因此,選取泄漏部位附近的樣品。檢查和分析的部分。首先,對截取的樣品進行觀察和拍照。用尺子測量水冷壁管的尺寸;接著,從水冷壁管內壁氧化孔處取樣,遠離氧化孔,制備金相樣品。用JSM-5600LV電子顯微鏡、0X-1光學顯微鏡和NCAX射線能譜儀掃描,對樣品進行觀察和分析。

        2.2 高壓鍋爐水冷壁管宏觀檢驗結果

        截取的高壓鍋爐水冷壁管樣品進行宏觀檢查,其宏觀外觀如圖1所示。從圖1中可以看出,高壓鍋爐水冷壁管內壁比較粗糙,深度較深。內壁氧化坑未到達水冷壁管外壁??觾瘸錆M腐蝕產物,除銹坑外其他部位均有不同程度的腐蝕。

        用尺子測量高壓鍋爐水冷壁管的尺寸。水冷壁管外徑60mm,壁厚5mm。

        2.3 高壓鍋爐水冷壁管顯微檢驗結果

        在JSM-5600LV掃描電子顯微鏡下觀察氧化物井中的樣品。觀察面是垂直于氧化物阱表面的平面。觀察表明,氧化坑內及周圍有細小的晶間裂紋。這些晶間裂紋,很多形狀像樹根,上面布滿了腐蝕產物。銹坑是這些晶間裂紋的裂紋起源區域。裂紋從水冷壁管內壁向外壁不連續擴展,有較大和較小的微裂紋水壁微裂紋從壁管水內壁向外壁交替擴展,直至延伸至外壁,導致高壓鍋爐水冷壁管失效開裂,如圖2所示。

        對銹蝕坑內外試樣進行金相檢驗。從金相檢驗結果可知,鋼中的非金屬夾雜物符合GB5310的要求。用3% 的硝酸酒精溶液蝕刻樣品并觀察微觀結構。鋼的顯微組織為鐵素體和珠光體。該鋼在氧化坑處和遠離氧化坑處的鐵素體晶粒尺寸分別為9.0。及10.0級,見圖3、圖4。為保證高壓鍋爐水冷壁管的高溫性能,對成品水冷壁管進行正火,正火溫度為900930。正火處理后水冷壁管的顯微組織為鐵素體和珠光。成品管實際晶粒度應不小于4級,可見水冷壁管用鋼的氧化坑等部位組織正常,鐵素體晶粒度符合要求.通過GB5310。另外,從圖3中可以看出,裂紋沿著鐵素體和珠光體晶粒的邊界或鐵素體和鐵素體晶粒的邊界延伸。因此,顯微組織檢查結果進一步證實了高壓水冷壁管開裂鍋爐有沿晶體形狀的裂紋。

        2.4 X射線能譜分析結果

        高壓鍋爐水冷壁管內壁氧化坑表面腐蝕產物和微裂紋腐蝕產物的X射線能譜分析表明,銹蝕坑表面腐蝕產物的主要成分為微裂紋中的腐蝕產物。成分為Fe和O,也有微量Al、Si、P、Ca、Mg和Cu。

        本鋼電廠高壓鍋爐水冷壁管處于無氧狀態。根據氧化坑表面腐蝕產物和微裂紋腐蝕產物的X射線能譜分析結果,水冷壁管在使用過程中的化學反應為:

        3Fe + 4H20 Fe3O4 + 4H2

        3 分析

        水冷壁管的鋼級是保證高壓鍋爐水冷壁管在高溫高壓下正常運行的關鍵。從滲漏部位水冷壁管金相檢驗可以看出,鋼中的非金屬夾雜物、鋼的顯微組織和鐵素體晶粒度均符合GB5310的要求。

        高壓鍋爐的水冷壁管在正常工況下始終處于高溫高壓狀態。溫度可以增加所有化學反應的速率,電化學腐蝕的速率也隨著溫度的升高而加速。在高壓條件下,水冷壁管內的高溫蒸汽混合介質會局部腐蝕水冷壁管,但當管內介質呈弱堿性時,有利于水冷壁管壁上鈍化膜的形成。水冷壁管壁起到鈍化保護作用,降低水冷壁管腐蝕速度。本溪鋼鐵電廠高壓鍋爐水冷壁管內介質的pH值一般控制在89之間,但試紙的分析結果表明,介質的pH值在管在10-12之間,高于對照值,但不會引起過鈍化和溶解,破壞鈍化性能。

        眾所周知,鈍化膜中所有可能出現的水冷壁管壁缺陷或微裂紋都可能是發生形核的腐蝕坑(即微裂紋)。它們顯著提高了水冷壁管的工作壓力。腐蝕傾向。水冷壁管內介質成分分析結果表明,管內介質含有P、Na、Fe、Cu、Ca、Mg、Si等雜質元素。在管內水冷壁工作過程中,這些雜質元素很容易吸附在水冷壁上。壁管內壁成為銹漬產生核的地方,加速了水冷壁管的局部腐蝕速度。銹蝕坑產生成核后,銹蝕坑內形成一組膜電池,引起電化學腐蝕過程,使微觀裂紋繼續向深度擴展,直至穿透水冷壁管壁。造成水冷壁管開裂漏水。通過掃描電鏡觀察,可以看出微觀裂紋沿鐵素體和鐵素體之間或鐵素體和珠光體之間的晶界延伸。因此,可以確定高壓鍋爐水冷壁管的開裂是順晶型抗應力腐蝕的。

        在正常工作條件下,高壓鍋爐水冷壁管處于無氧狀態。電化學腐蝕后,會出現新的生態[H]。這種新生態[H]被吸附并擴散到鋼中,在晶界處積累O晶界缺陷,當壓力B達到一定水平時,水壁管就會發生脆性開裂。沿晶型開裂也是氫脆導致開裂的一種方法。

        4。結論

        綜合以上分析,可以得出本鋼高壓鍋爐水冷壁管失效開裂是工作壓力和高壓共同作用引起的應力腐蝕開裂。 - 工作過程中管內水汽混合介質的溫度,以及氫氣的溫度。水冷壁管中間的雜質元素吸附在管壁上,成為氧化坑的形核點。在工作壓力的作用下,水冷壁管局部腐蝕速度加快。


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