電廠鍋爐水冷壁管出現內腐蝕缺陷的原因與對策

王灝

（內蒙古岱海發電有限責任公司，內蒙古 涼城013700）

電廠鍋爐水冷壁管內部的水投入之前，會經過化學處理，防止出現水垢問題，然而從實際的實踐成果上來看，即使經過了全面的水體處理，但是依然會由于一些因素的存在，導致在鍋爐的長期運行中，逐漸出現內腐蝕現象，因此在具體的處理階段，必須要能夠通過對內腐蝕現象成因的分析之后，建立專業性的管理標準和維修制度。

1 電廠鍋爐水冷壁管出現內腐蝕缺陷的原因

1.1 故障基本情況

本文的研究過程中，以某電廠的鍋爐水冷壁管為研究對象，發現該該系統內還有兩臺鍋爐，爐膛的周圍由φ60×6.5 毫米，節距為80 毫米的管道組成，該區域內的所有管道材質為20G，爐膛的寬度為11.92 米，深度為10.8 米，高度為45 米。水冷壁管整體上可以分為上部、中部、下部以及燃燒器區域四個部分，煤粉燃燒器的配置高度為14.4～20.2 米，前后區域內的水冷壁下部管道傾斜度為50°，并且在其中構成的冷灰斗中或許籠壁上部內，向爐膛內部彎折3 米，從而構成折焰角，前后和兩側的水冷壁管最終構成了四個回路，形成了16 路循環系統。該系統的結果圖如圖1。

從2019 年11 月起，1#鍋爐連續發生了三次水冷壁爆管問題，且爆管之后發現基礎的補水率急劇提升，補水量最大的時間點上達到了30t/h，且爐膛出口水平處的煙道運行中，排煙區域的最大溫度差值達到了150℃。

1.2 外觀檢查

在外觀檢查過程中，通過割管檢查方法，可以確定發生事故鍋爐在管口處的背火側管內，通過肉眼觀察發現整個結構表面平滑，并且管壁的厚度正常，而對于向火側，內壁則呈現出坑穴狀特點，并且其中存在黑色的垢層，且該結構局部表現為偏紅色，具體的了檢查結果圖如圖2。

圖1 鍋爐內部結構布置方法

圖2 管道爆口形態和坑穴形態

對于解剖后的管壁厚度分析可以發現，發生事故的爐管和旁側隨機選擇了的10 根水冷壁管中，解剖之后發現具有明顯的腐蝕坑，并且對其中某一處腐蝕坑進行了進一步的測量，發現管道母材的平均厚度為7.13 毫米，且經過腐蝕之后，整個腐蝕坑內最薄處的管壁厚度，僅有4.37 毫米，減小的厚度參數為2.76 毫米。

1.3 金相檢查

在金相檢查過程中，發現每個試樣在內壁和外壁上隨機選擇一處，落實金相的分析工作，通過樣本的具體檢測工作，發現在其中兩條管道的構造區域，其中存在的局部組織發生了四級完全球化現象，這表明整個結構的強度會大幅度下降，而對于其他的各種管道，經過檢查發現，產生的球化反應等級相對較低，但是等級也達到了二級到三級，因此可以發現，從整個管道的運行效果上來看，所有管道都呈現出承力性能下降現象。

1.4 力學測試

力學測試過程中，測量的參數包括抗拉強度參數、屈服強度參數、延伸率參數，從所有被測量管道的測試結果上來看，抗拉強度都不小于260N/mm2，而標準值為245N/mm2；對于屈服強度，都不小于430N/mm2，而標準值為410N/mm2；延伸率都大于34%，標準值為25%。因此，從取得的試驗效果上來看，對于力學測試結果，所有檢測的樣本都符合力學標準，從所有的試驗數據來看，爆管問題的成因主要是管壁出現了內腐蝕現象和珠光體組織球化現象。

1.5 內腐蝕成因

爐管表面出現缺陷的成因可能包括應力斷裂、疲勞磨損、腐蝕以及質量控制失誤等，而所有的失效形式，成因和表現特征不同。對于應力斷裂，主要是處于過熱運行狀態；疲勞失效則通常意味著有氧化皮和裂紋特征；管壁沖擊磨損主要發生在管道的外壁區域，特征為管道的外壁厚度減小；高溫腐蝕和低溫腐蝕則主要集中和發生在煙氣區域內，失效表現的宏觀為出現坑穴狀、麻點狀的溝槽。

在本文分析的案例過程中，發現在所有缺陷的形成階段中，水冷壁上并不存在過熱運行工作環境，同時整個爐管的外壁處于正常工作狀態，并不存在橫向性的裂紋，因此通過對之前已經取得所有綜合分析信息的探索，可以判定集中式爆管的故障原因為垢下腐蝕，其原因在于，由于該管道運行時間過長，為25 年，因此即使在日常的工作過程，已經對水體本身進行了處理，但是依然會在長年累月的工作過程中，在管壁上逐漸生成水垢[1]。

在水垢出現之后，由于水垢本身具有極差的傳熱性，因此該區域的金屬管壁溫度會急劇提高，之后鍋爐內的水會逐漸滲入到水垢下，會在該區域內發生急劇的蒸濃作用，爐水出現高度濃縮現象時，爐水中的氫氧根會在管壁中最終形成簡化腐蝕環境，從而讓水冷壁的內壁保護膜受到破壞。在爐水的作用下，形成堿性原電池效應，并且該過程伴隨有氧腐蝕，陰極上發生的反應會生成氫氣，而氫氣能夠和鋼中的滲碳體反應，使得鐵的體積縮小，讓管道的結構變化，從而使得管壁強度下降，且該區域的問題影響速度加快，此時管壁的薄弱處無法承受汽水介質的壓力，從而發生爆管問題。

2 電廠鍋爐水冷壁管出現內腐蝕缺陷的對策

2.1 缺陷部分更換

從取得的解剖結果上來看，水冷壁管中存在大量的水垢，最終會讓該區域的管道壁厚參數大幅度下降，從而整個管道內部不具備酸洗條件，另外由于四個爐墻的工作環境處于基本相同狀態，因此產生的缺陷也基本相同，所以可以推測的是，即使其他區域并未出現爆管問題，但是在后續運行過程，依然存在較高的爆管問題發生概率，因此為了能夠保障該機組的安全運行狀態，必須要能夠對已經發生腐蝕區域的水冷壁管進行全面性的更換[2]。為了能夠確定更換的高度，需要對鍋爐后墻上不同區域水冷壁管落實具體的檢查工作。

在本文研究的案例中，對1#鍋爐后部墻體中，甲向乙方向上的第58 根和第115 根管道進行擴大區域的檢查工作，最終發現，在鍋爐標高13 米高度處向下，和33 米向上兩個部分，并不能夠依靠肉眼直接觀察到水壁管的結垢問題，并且管道的內壁狀態良好，因此可以確定這兩個區域無需進行管道的更換。而在鍋爐標高13～33 米的區域內，需要對其中所有的水冷壁管進行大規模的更換。

2.2 汽水品質達標

在鍋爐的運行過程中，不會讓所有的管壁內部通過化學反應，降低其中所存在的各類離子，但是在具體的處理過程中，必然無法實現全面的消除，因此可以推測的是，水冷壁管在后續的運行質量必然會受到影響，只不過水垢的生成速率方面可以經過人類控制，因此在具體的工作階段，必須要能夠落實對鍋爐水、給水系統以及其他汽水品質的監督工作，并且要能夠完全依照作業標準、設定模式以及工作規范，對所有的汽水品質進行抽樣檢查，每次抽樣都需要借助專業的工作模式，讓所有的人員把最終所取得的工作參數進行高精準度的記錄，同時抽樣檢測次數不得少于3 次。另外在鍋爐的后續運行過程，要定期或不定期排放其中存在的污水，通過增加頻率的方法，可以防止由于各類水質本身的問題，導致其中存在的污水中離子在管壁上積累。

2.3 落實金相監督

通常情況下，水冷壁管的設計使用年限為10 萬小時，但是這并不是意味著一旦超過10 萬小時，水冷壁管內必然會出現內腐蝕問題和爆管問題，但是要注意的是，超出了設計使用壽命時，出現爆管問題和內腐蝕問題的概率會大幅度增加，同時由于機組的啟停操作過程中，也會對水管本身的腐蝕效果造成一定的影響，因此在日常的工作階段，必須要根據水冷壁管的設置型號、設置標準和使用原則對其進行配置[3]。要求在每次鍋爐的檢修期間內，需要有計劃性對水冷壁管的各類管道進行外觀質量檢查，重點分析是否存在腐蝕鼓包、裂紋和變形現象。另外要對取得的樣本進行金相檢查和分析工作，唯有如此才可以進一步分析該水冷壁管在實際的運行過程中，是否存在嚴重的風險和問題，而當發現存在大面積風險時，則需要立即將其替換。

2.4 構造自控系統

自動控制系統的建設過程中，企業可以通過對整水冷壁管系統運行過程中所有參數的監管和記錄，系統性分析當前系統運行過程中是否存在安全隱患。比如針對水質的檢查系統，考慮到在管道的運行過程中，只是對于其中一些金屬離子的沉降，最終形成了水垢，因此需要在系統內，全面配置針對這類離子的專業檢查傳感器，且該傳感器要能夠直接和報警系統與運行控制中樞關聯，發現存在運行問題時，要第一時間發出警報信息，從而讓所有的人員參與到對水質的進一步協調和處理工作。另外也需要對水冷壁管中的一些設施運行過程中，所存在的薄弱點加強檢查，尤其是對于水冷壁管的溫度，更是需要通過實時的監管工作，研究當前是否處于高穩定運行狀態。

綜上所述，電廠鍋爐水冷壁內腐蝕現象的原因是，管道長期運行過程中，會在管道內生成水垢，而且由于水垢導熱性較差，會在水垢下方形成原電池反應環境，從而讓管道出現腐蝕問題，降低了承力性能。對于內腐蝕缺陷的緩解，可以采取的方法包括對已經腐蝕管道的全面替換、構造自動控制系統、落實自動監督工作等。