淺談苛性脆化

趙國慶

(大慶市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究所，黑龍江 大慶 163311)

近日整理總結(jié)檢驗(yàn)案例時涉及到這樣一次檢驗(yàn)情況:對大慶某大型供熱企業(yè)在用鍋爐進(jìn)行定期檢驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)其多數(shù)煙管有泄漏現(xiàn)象。泄漏點(diǎn)多為與管板連接處，距管板管端7～15 mm處，多數(shù)為煙管下邊緣。經(jīng)切割后外表面檢查，泄漏點(diǎn)為裂紋，管壁無金屬變形、減薄。此鍋爐結(jié)構(gòu)為單鍋筒(實(shí)際是3鍋筒)縱置式鏈條爐排，經(jīng)資料審查知煙管與管板為脹接連接，結(jié)合鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況分析得出以下結(jié)論:此現(xiàn)象為典型的苛性脆化導(dǎo)致煙管產(chǎn)生裂紋，發(fā)生泄漏，具體分析如下:

1 原因分析

該企業(yè)受檢鍋爐為供暖用水管鍋爐，共三個鍋筒(實(shí)際為鍋殼鍋爐)，中間為主，兩邊為副。鍋殼的管板是中間的稍厚，兩邊的稍薄一些。而出現(xiàn)裂紋的煙管多出現(xiàn)在中間鍋筒(鍋殼)與管板相連接處。由于煙管與管板是脹接連接，在脹管時，脹管率的選擇、脹管試脹情況及條件及操作水平和責(zé)任心的不同，導(dǎo)致部分脹管質(zhì)量不合格，在煙管與管板之間形成微小縫隙。由于是以機(jī)械壓力形式脹管，在脹口處存在較高應(yīng)力;在鍋爐運(yùn)行時，鍋水進(jìn)入縫隙，不斷蒸發(fā)、濃縮，再進(jìn)入，再蒸發(fā)，使縫隙中的NaOH濃度不斷增大，久而久之對受高應(yīng)力的金屬產(chǎn)生腐蝕形成裂紋，使煙管發(fā)生泄漏。從而得到結(jié)論:由苛性腐蝕(苛性脆化)產(chǎn)生的裂紋導(dǎo)致煙管泄漏。

2 什么是苛性脆化

不同行業(yè)對苛性脆化的概念有不同的詮釋:

苛性脆化(GB/T 2900.48－1993《電工名詞術(shù)語固定式鍋爐》):鍋筒的鉚接或脹接部位因局部應(yīng)力集中和游離堿含量過高產(chǎn)生晶間裂紋的脆化現(xiàn)象。

苛性脆化(DL/T 882－2004《火力發(fā)電廠金屬專業(yè)名詞術(shù)語》):鍋爐用金屬，由于局部區(qū)域出現(xiàn)堿性介質(zhì)(如氫氧化鈉溶液)的濃縮，使之在拉應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生沿晶一穿晶型腐蝕裂紋的現(xiàn)象，但金屬組織并未發(fā)生變化。苛性脆化也稱為堿致脆化。

苛性脆化實(shí)際上是應(yīng)力腐蝕中遭受堿性腐蝕的一種特殊情況，是一種電化學(xué)腐蝕。鍋爐受壓元件在采用鉚接、脹接、焊接等加工部位，一方面存在較高的應(yīng)力，另一方面又存在細(xì)小的縫隙。這些縫隙中滲入的鍋水，在高溫之下被蒸發(fā)。這樣不斷滲入鍋水又不斷蒸發(fā)，使水中的游離NaOH殘存在縫隙之中。隨著時間的推移，縫隙中NaOH的濃度不斷增大，甚至可以出現(xiàn)固體結(jié)晶。這種濃縮的堿性溶液對其周圍受高應(yīng)力的金屬產(chǎn)生腐蝕，即為苛性脆化。由于堿性腐蝕是沿晶間發(fā)展的，故苛性脆化又稱晶間腐蝕。

3 發(fā)生苛性脆化的條件

從上述分析得知發(fā)生苛性脆化必須存在一定的條件:

(1)在金屬連接處存在較高的局部應(yīng)力;

(2)由于受壓部件連接處不嚴(yán)密，或缺陷部位有縫隙，發(fā)生滲漏，使鍋水不斷濃縮;

(3)鍋水中存在濃度較高的游離NaOH，相對堿度(NaOH/溶解固形物)大于20%。

上述各種情況必須同時存在才能引起苛性脆化，缺少其中一個條件，苛性脆化就不會發(fā)生。

4 苛性脆化的特點(diǎn)及危害性

(1)初期裂紋及其支紋是發(fā)生在晶粒邊緣間的，隨著晶間裂紋的發(fā)展，就會產(chǎn)生穿過晶粒的裂紋(穿晶裂紋)，迅速擴(kuò)展甚至導(dǎo)致爆炸。

(2)裂紋區(qū)域內(nèi)五金屬變形，裂紋表面呈暗黑色。

(3)在接縫泄漏處形成苛性鈉溶液(10%以上的NaOH)。

苛性脆化就是晶間腐蝕，腐蝕沿著金屬晶粒的邊界進(jìn)行，形成極為細(xì)小的犬牙交錯的裂紋。苛性脆化一旦發(fā)生，金屬遭到破壞的速度會加速進(jìn)行。當(dāng)能覺察到有裂紋時，金屬的損傷已達(dá)到了嚴(yán)重的程度。

苛性脆化的危險(xiǎn)性就在于這種腐蝕發(fā)生的初期不容易發(fā)現(xiàn)，它不會形成潰瘍點(diǎn)，也不會使金屬變形、變薄，而且一旦有了這種腐蝕時，金屬遭到破壞的速度會加速進(jìn)行。當(dāng)能觀察到裂紋時，金屬的損傷可能已達(dá)到嚴(yán)重的程度。鍋爐苛性脆化的后果是嚴(yán)重的，輕者發(fā)現(xiàn)得早，也會使鍋爐不能使用，重者會發(fā)生鍋爐爆炸，造成嚴(yán)重的設(shè)備損壞和重大的人身傷亡事故。

5 修理方法

苛性脆化裂紋不得補(bǔ)焊修理，只能根據(jù)實(shí)際情況挖補(bǔ)或更換。由于苛性脆化對金屬的破壞性，導(dǎo)致金屬的各種性能下降，在各相關(guān)規(guī)程中也規(guī)定苛性脆化裂紋只能挖補(bǔ)或更換。

6 預(yù)防手段及方法

通過分析苛性脆化產(chǎn)生的必要條件也就得到了預(yù)防苛性脆化產(chǎn)生的方法:

(1)盡量減少因焊接或脹接、鉚接產(chǎn)生的局部應(yīng)力是預(yù)防產(chǎn)生苛性脆化的前提;

(2)杜絕受壓部件的細(xì)小縫隙。這對施工質(zhì)量提出了較高的要求。例如本文提到的脹接連接，怎樣避免細(xì)小縫隙是質(zhì)量保證部門和實(shí)際施工部門共同努力的結(jié)果。這要從脹接前的試脹工作開始，嚴(yán)格按照脹接工藝的要求，合理確定脹管率，嚴(yán)格檢查脹后質(zhì)量，從嚴(yán)進(jìn)行返修工作，才能減少細(xì)小縫隙的產(chǎn)生。

(3)嚴(yán)格控制鍋水中的堿度。加強(qiáng)水質(zhì)運(yùn)行管理是保障鍋爐水質(zhì)安全的主要手段，這要從幾個方面來入手:管理層的重視、規(guī)章制度的完善及操作規(guī)程的實(shí)用性、設(shè)備及儀器設(shè)施的完好性及使用的正確性、操作人員的水平及責(zé)任心。2008年國家修訂了工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，更完善的要求了鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，這對鍋爐的安全運(yùn)行起到保駕護(hù)航作用。

7 結(jié)束語

苛性脆化是鍋爐受熱面失效形式的一種，是常見的腐蝕形式。通過以上分析，我們了解了苛性脆化產(chǎn)生的原因、特點(diǎn)及其危害性，從而得到了實(shí)際使用過程中預(yù)防苛性脆化產(chǎn)生的方法與措施，這對使用中的鍋爐安全運(yùn)行有著重要意義。

［1］GB/T 2900.48－1993《電工名詞術(shù)語 固定式鍋爐》.

［2］DL/T 882－2004《火力發(fā)電廠金屬專業(yè)名詞術(shù)語》.