某电厂9FA燃机余热锅炉低压省煤器泄漏分析.docx

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某电厂9FA燃机余热锅炉低压省煤器泄漏分析

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摘要：针对9FA燃机余热锅炉低压省煤器管道多次发生泄露，通过对低压省煤器1泄露位置取样进行外观、金相、垢成分、扫描电镜等综合分析，认定造成低压省煤器的泄露的主要原因为应力腐蚀引起的沿晶开裂，从而导致裂纹不断拓展，最终引发泄漏，进而针对此提出了对策和预防措施。

关键词：9FA燃机余热锅炉应力腐蚀S元素

1、前言

长期以来，燃煤发电是我国电力行业的主导，但燃煤电厂发电存在严重的污染排放（SOx、NOx）的问题；随着太阳能、风电等新能源发电占比不断提高、国民经济结构的变化和生活用电的迅速增长，电网的日峰谷差不断增大，而燃气-蒸汽联合循环电站由于热效率高、环境污染小、调峰性能好等特点，近年来得到广泛的推广应用。在此背景下国内大量9F燃气—蒸汽联合循环发电机组建设投产、运行。国内某厂9FA燃机余热锅炉自2003投产后，多次发生低压省煤器泄露情况，严重影响机组安全、经济运行。因此，亟需对省煤器管泄露原因进行分析，进而采取措施，防止泄露范围进一步扩大。

2、概况

某厂2#余热锅炉采用杭州锅炉厂的NG-901FA-R型三压(汽水系统有低压、中压、高压三个系统组成)、再热、卧式、无补燃、自然循环的余热锅炉，锅炉主要适用于以天然气为设计燃料的燃气轮机，它与STAG109FA型燃气轮机相匹配，是燃气一蒸汽联合循环电站的主机之一。锅炉受热面采用N/E标准模块设计，共有六个模块，由垂直布置的顺列螺旋鳍片管和进出口联箱组成，以获得最佳的传热效果和最低的烟气压降。燃机排出的高温烟气(603C)通过进口烟道进入锅炉本体，依次水平横向冲刷各受热面模块，再经出口烟道由烟尘排出[1]。其中，低压省煤器布置在余热锅炉第六模块，此时烟气温度约为159℃，低压省煤器1工质出口温度107.2℃，出口压力0.6MPa，低压省煤器2工质出口温度143.9℃，出口压力0..36MPa。低压省煤器2管径φ50.8*2.67mm，管子材料为SA210-A-1,管子外缠绕开齿鳍片，鳍片材质为SA-210-C。给水加热器1管径φ44.45*2.67mm，材质为SA210-A-1，管子外缠绕开齿鳍片，鳍片材质SA-210-C。此次泄露位置为低压省煤器1炉右向左28-1根。

3、泄露原因分析

3.1宏观分析

泄漏处有两处开裂，内外壁开裂形貌见图1，开裂沿着管道横向，均处于翅片中间位置，贯穿内外壁而发生泄漏，内壁存在腐蚀现象，管道无胀粗与变形特征。

图1泄露处形貌

3.2金相分析

在来样的两个开裂位置取样，经磨样、抛光、浸蚀后观察形貌，金相照片见图2-图5。

两条开裂均为由外壁向内壁扩展，初始开裂位置可见大量树枝状微裂纹，见图2、图3。开裂为沿晶形貌，从两道裂纹在从外壁向内壁拓展过程中均发生分叉，图2中裂纹分叉方向仅少量微裂纹，尚未完全拓展，图3中裂纹在分叉位置继续拓展至贯穿内外壁，造成泄漏。

对外壁进行检查，结果见图4，发现外壁有多条微裂纹（A、B、C），均位于翅片间或靠近翅片的空槽处，其中图4（C）裂纹深度为865.0μm，均为沿晶开裂，接近垂直于外壁方向向内壁拓展。对内壁进行检查，内壁有较多腐蚀坑，最深处约300μm，母材组织为铁素体+珠光体，见图5。

图2开裂（中）与其裂纹放大（左、右）形貌

图3开裂（中）与其裂纹放大（左、右）形貌

图4外壁检查发现的裂纹形貌

图5内壁腐蚀坑（左）与裂纹沿晶开裂形貌（右）

3.3扫描电镜分析

在来样的裂纹处取样，并在裂纹上进行能谱分析，测试结果见图6。其中，Fe、O、Mn为基体中原有元素以及形成的氧化物，C、Si为尾部烟道中煤粉与灰渣的外壁渗入，Cl、S为主要腐蚀元素，主要来源于流动烟气中的煤粉与飞灰，应为该处的腐蚀来源。

图6扫描电镜分析结果

在裂纹区域进行S元素的线扫描，扫描结果见图7。S元素在裂纹处存在异常聚集，该处S元素质量分数达10%以上，由于裂纹由外壁向内壁扩展，低压省煤器主要外部介质的是尾部烟道中的烟气，烟气中的S元素会以SO2、SO3以及H2S等形式与省煤器外壁的氧化物等互相反应，生成SO42-、SO32-、S2-等硫化物离子，这类离子具有较强的腐蚀性。

图7硫元素线扫描结果

3.4内壁垢成分分析

在内壁提取垢样进行垢成分分析，分析结果见下表，主要为Fe的氧化物，以及少量的Si、Al氧化物。

组分名称

组分含量/%

Fe2O3

95.55

MoO3

1.37

SiO2

1.04

Al2O3

0.82

MnO

0.24

Cr2O3

0.18

K2O

0.14

S

0.14

CaO

0.12

TiO2

0.082

ZnO

0.063

MgO

0.057

NiO

0.052