锅炉分隔屏泄漏原因及处理

锅炉分隔屏泄漏原因及处理

董宇

(贵州西能电力建设有限公司贵州贵阳550081)

【摘要】某厂一厂2号在炉机组检修后做水压试验时，发现分隔屏管泄漏，立刻对泄漏的管道进行送检分析，发现存在晶间腐蚀及晶间裂纹。本文重点介绍分隔屏泄漏的原因及处理方法。

【关键词】分隔屏后屏晶间裂纹

某厂2号炉300MW机组锅炉由哈尔滨锅炉厂设计制造，采用了美国CE燃烧工程公司的引进技术设计。锅炉为亚临界压力一次中间再热自然循环锅炉、平衡通风和四角切园燃烧方式，燃用纳雍无烟煤，采用烟气挡板调节再热汽温。锅炉以MCR工况（汽轮机为VWO工况）为设计参数，在机组电负荷为335MW工况时锅炉最大连续蒸发量为1025t/h。在机组电负荷为300MW时，锅炉的蒸发量为896.03t/h。

分隔屏位于炉膛上方，前墙水冷壁和后屏过热器之间，共四排，每排六片小屏布置，管径为Ø51，从炉膛中心开始，分别以3048mm，2438.4mm，2438.4mm的横向节距沿整个炉膛宽度布置。烟气计算温度：1223℃（BMCR）,工质出口温度：409℃。简图见下：

2号炉分隔屏过热器简图

后屏过热器位于炉膛上方折焰角前，一共有20片，管径为Ø54，以609.6mm的横向节距沿整个炉膛宽度布置。简图如下：

2号炉后屏过热器简图

1、分隔屏泄漏情况简介

1.12012年6月26日，一厂2号炉水压试验，发现分隔屏有3根夹管及一根直管泄漏。夹管泄漏位置基本相同，只有一根可见水流，其余均是渗漏。见图1。直管泄漏见图2

1.22012年6月27日，水压试验，发现1根分隔屏夹管泄漏。

图1图2

1、试样分析情况

2.1泄漏试样送往中试所进行失效分析，分隔屏试样分析结果：

1、管子的硬度、外径、壁厚属正常范围；

2、化学成分符合TP304H化学成分要求；

3、分隔屏泄漏的原因为管子晶间腐蚀产生的晶间裂纹不断扩展造成，不排除水质中的氯离子和烟气腐蚀以及管子在弯制后未进行固溶处理后的稳定热处理等因素

建议：

1）检测汽水品质是否合格。

2）定期对TP304H过热器管子弯头部位进行金相检查。

3）供货前应进行晶间腐蚀试验或要求厂家提供晶间腐蚀试验报告。

2.2后屏分析结果

1）分隔屏过热器管样有晶间腐蚀现象并在外壁发展成为沿晶裂纹。

2）后屏过热器管样化学成分符合TP304H化学成分要求。

3）后屏过热器外壁边缘晶粒长大，有过热现象，内壁边缘晶界碳化物富集,出现沿晶裂纹的发展倾向，外壁已出现沿晶裂纹。导致裂纹的原因仍然是晶间腐蚀。

2.3高过及高再分析结果

未发现异常

3、我厂水质情况

根据GB12145-2008查炉水品质要求：氯离子Cl-1≤0.50mg/L.

统计时间段为：2006.12.05至2011年12月31日，共180条。

共2条超标记录：

4、原因分析

1、氯脆。汽水品质受到氯的污染，而奥氏体不锈钢对氯离子极为敏感，几个ppm的氯离子就会对其进行腐蚀，一旦汽水品质受到污染，将造成管子的腐蚀。奥氏体不锈钢氯离子腐蚀的形貌为穿晶或混晶状态，腐蚀后的材料的力学性能下降，材料脆化，也称氯脆。我厂的水质控制较为严格，故氯脆情况应该不是导致泄漏的主要原因。

2、奥氏体不锈钢的晶间腐蚀。奥氏体不锈钢的晶间腐蚀从两个方面进行考虑，即介质问题和材料问题。介质受到污染会产生氯脆。在常温下，奥氏体不锈钢中C含量的溶解度为0.02%～0.03%（重量百分比），而钢中的碳含量远比这要高，如下表所示,奥氏体不锈钢经过固溶处理后C才能固溶在奥氏体当中，但是在450～850℃（奥氏体不锈钢的敏化温度）时，晶界处的晶格的不完整性，会促使C向晶界处扩散，与Cr形成Cr23C6型碳化物，由于Cr的扩散速度远小于C的扩散速度，晶界处的Cr得不到及时的补充，Cr23C6型碳化物中的Cr大部分来自晶界附近区域，从而使得晶界形成贫碳区，当Cr的含量小于11.7%（奥氏体不锈钢钝化的临界值）时，就是的晶界失去抗腐蚀能力，而造成晶间腐蚀，这一现象尤其在650℃时更为严重，故在奥氏体不锈钢进行热处理时，一定要在敏化区间加热或冷却速度要快，以减少Cr的碳化物形成。

经咨询哈尔滨锅炉厂，该公司设计的同种炉型在其他单位也发生过类似情况，建议更换其他材质材料进行替换。

5、防止措施

1、在锅炉启停过程中，避免氯和氧的汽水进入管段。

2、避免水压试验时Cl-1的生水。

3、采用其他材质管道进行替换(见分隔屏及后屏简图中的红色部分进行替换)。

6、解决方案

1.经我厂相关专业人员讨论，决定采用更换T91材质的管道进行代替，现场管壁实测温度最高值约为540℃，T91材质管道足以满足要求。下表为两种材质性能对照表：

2.元素成分表

3、更换数量

7、强度计算

本次计算依据GB/T9222-2008《水管锅炉受压元件强度计算》.因厂内资料查询不到弯管弯曲半径，故按直管计算。

一、分隔屏最小壁厚计算（厂家提供设计数据）：

1.规格Ø51×7计算:

1、许用应力：【σ】=η【σ】J

T91在计算温度509℃时，【σ】J内插法计算：【σ】J=156.5MPa

η取1

【σ】=1×156.5=156.5MPa

压力校核

T91在计算温度584℃时，【σ】J采用内插法计算值为：79.8MPa，当壁厚选择7时，压力为：22.85MPa，分隔屏进口压力为18.234（取分隔屏进口集箱压力），安全阀的实际起跳偏差为0.38MPa，其和小于22.85MPa，故满足。

2.规格Ø51×6计算:

1、许用应力：【σ】=η【σ】J

T91在502℃时，【σ】J内插法计算：【σ】J=161MPa

η取1

【σ】=1×161=161MPa

压力校核

T91在558℃时.

【σ】J采用内插法计算值为：101MPa，当壁厚选择6时，压力为：24.24MPa，分隔屏进口压力为18.234（取分隔屏进口集箱压力），安全阀的实际起跳偏差为0.38MPa，其和小于24.24MPa，故满足.

故该位置选取T91直径为φ51，厚度为6mm及7mm的管道均满足要求。

二、后屏最小壁厚计算：

厂家提供设计数据

1、许用应力：【σ】=η【σ】J

T91在561℃时，【σ】J内插法计算：【σ】J=99.2MPa

η取1

【σ】=1×99.2=99.2MPa

T91在612℃时.

【σ】J采用内插法计算值为：55.4MPa，当壁厚选择9时，压力为：19.944MPa，分隔屏进口压力为18.234（取分隔屏进口集箱压力），安全阀的实际起跳偏差为0.38MPa，其和小于24.24MPa，故满足.

原TP304管道规格为Ø54×9，更换同规格T91，满足要求。

三、热导率（单位：W/(m.k))

T91热导率高于TP304,故更换为T91材质满足要求。

四、由于分隔屏及后屏的部分管道材质发生变化，用T91代替TP304，故厂内相关规程将发生变化，允许管壁外表温度改为650℃。

小结：机组几年的机组运行稳定，取样分析金相组织未见异常。

参考文献：

1、GB/T9222-2008《水管锅炉受压元件强度计算》；

2、哈尔滨锅炉有限公司《壁温计算结果汇总》，档案号：0101-9201-02；

3、哈尔滨锅炉有限公司《集箱强度计算汇总表》，档案号：0101-9201-08。