锅炉水冷壁爆管事故原因分析.docx

锅炉水冷壁爆管事故原因分析 摘 要：水冷壁爆管是锅炉常见的故障之一，会严重影响到电厂的运行安全及效益。本文结合某锅炉水冷壁爆管事故，对其事故的原因进行了分析，并提出了相应处理建议，旨在为类似锅炉水冷壁爆管事故处理提供参考。 关键词：锅炉；水冷壁事故；建议 中图分类号：TK229 文献标志码：A 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-AII。 锅炉水冷壁管规格为φ51mm×3mm，材质为20G。根据生产要求，锅炉运行压力为1.0MPa。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高为21m ～4m 处。 1 观察与试验结果 1.1 宏观形貌检查 水冷壁管出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1.9mm，而该水冷壁管正常厚度应为5mm，水冷壁管背向于火焰面的地方没有明显的腐蚀情况，也未见管壁变薄。爆口断开暴露出的表面表现为粗糙，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，分析结果见表1。从结果中可以看出，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，可见有积垢层附着于管的内壁上，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”。通过能仪（EDS）对其进行分析可知，垢层中含有Ca、Fe、Zn、O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。 一般来说，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