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锅炉炉底承压管海水腐蚀爆管的原因与防治

发布时间：2010/8/9 阅读次数：2108 字体大小: 【小】【中】【大】

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要：针对湛江发电厂锅炉水封槽顶部水冷壁管及底部加热管腐蚀较严重，多次出现腐蚀爆管停炉，介绍出现海水腐蚀的环境，并对形成机理进行详细分析，就锅炉防海水腐蚀对策进行探讨。

　　关键词：锅炉；炉管；海水腐蚀；电弧喷涂；防腐技术

　　1 概况

　　湛江发电厂装有4台单机容量为300 MW的燃煤发电机组，锅炉型号为DGl025／18.2-Ⅱ，属亚临界、一次中间再热、自然循环、单炉膛、全悬露天布置、固态排渣、平衡通风、尾部双烟道燃煤汽包炉。1号、2号机组分别于1995年2月和12月投产，3号、4号机组于1999年投产。锅炉水冷壁用钢均为20 C，规格为Φ63.5×7.5 mm。按照设计要求，锅炉的底部渣斗需要用水冷却，上部锅炉管需要用水密封及冷却。4台锅炉的渣斗冷却水均为海水，1号、2号锅炉的水封槽密封水为海水，3号、4号锅炉的水封槽密封水为淡水。2002年8月，1号锅炉发生水封槽顶部水冷壁管爆管；2003年4月15日和11月4日，3号锅炉运行中发生水封槽顶部水冷壁管爆管；2003年11月21日，2号锅炉发生底部加热管爆管。连续的、相同部位的锅炉管爆裂，不但给电厂的安全运行带来严重的威胁，同时也严重的影响电厂的经济效益。

　　2 原因分析

　　2．1 腐蚀爆管环境

　　现对3号锅炉爆管作为重点分析，3号锅炉2次爆管都发生在水封槽顶部的密封插板与水冷壁灰渣挡板之间的小室顶部。东方锅炉厂设计时，在渣斗顶部有环形海水管道作为渣斗混凝土防火墙的冷却用水，从3号锅炉爆管现场检查发现环形管道全部没有了。初步分析认为：机组经过几年运行，阀门、阀心与阀座的接合面被海水腐蚀并漏水，环形管在海水的腐蚀下全部腐烂完并被冲走，只剩下每侧6根埋在渣斗防火混凝土墙里的供水小管，海水从小管喷出，垂直喷到水封槽顶部的水冷壁管上。从现场看每个小管喷口正上方的水冷壁管都形成一个明显的腐蚀半径痕迹。因此，海水的腐蚀导致锅炉管壁的减薄进而导致管壁强度下降是锅炉管发生爆裂的主要原因。

　　2．2 爆口金相分析

　　3号锅炉2次水封槽顶部水冷壁管爆管的现象都相同，管子靠水封槽一侧严重减薄，破口具有明显的塑性变形特征，管子是因此而破裂爆管的。爆口周围的管壁也明显减薄，减薄趋势为是以爆口中心最薄，以爆口为圆心向外逐步减薄趋势减缓。水冷壁管有直径约为15 cm的腐蚀痕迹。微观检查结果表明：管子金相组织正常，不存在管子老化现象，管子爆口晶粒拉长，说明管子开裂时伴随着明显的塑性变形，管子内表面的表层还保留着管子加工时产生的脱碳层，说明管子内壁不存在减薄现象；在管子外壁表层的金相组织与基体一样，管壁腐蚀减薄是产生于外壁，由外向内扩展，其腐蚀表面较为平整，表面没发现有微裂纹，没有发现明显的点腐蚀与晶间腐蚀，见图1。

　　3 腐蚀机理分析

　　从金相分析看，3号锅炉水冷壁管爆管的腐蚀表面均匀，腐蚀类型应以均匀腐蚀为主。从腐蚀机理上分析，金属材料与电解质溶液相接触时，在界面上将发生有自由电子参加的氧化和还原过程，致使接触面金属变成单纯离子而溶解或生成氢氧化物、氧化物等稳定化合物。海水是一种强电解质，由于金属化学组织、成分及物理状态的不均匀，在金属表面与海水电解质接触时形成微观腐蚀电池。

　　电化学反应过程中，金属和溶液的界面上形成双电层电位差，电位差随时间延长而减小，即极化，电位差的减小抑制金属的进一步失去电子面腐蚀。但由于3号炉的海水垂直喷到水冷壁的表面，海水对水冷壁管表面形成冲刷，海水与壁管表面的流速较快，进入溶液中的金属迅速被海水带走，金属表面不能很好地形成极化，极化过程被减弱，腐蚀加速。

　　另外，海水中氧的存在会发生氧去极化反应，由此引起金属不断溶解的氧去极化腐蚀。发生氧去极化反应主要由扩散过程控制，腐蚀电流受氧去极化的极限电流密度影响，而极限电流密度与氧的扩散系数、氧的浓度及扩散层厚度有关。

　　从湛江电厂3号炉水封槽管顶部的水冷壁管爆口及水封槽顶的腐蚀情况看，因水冷壁管的爆口处最薄，减薄现象是由中心向外逐步减小。这种现象可从上式的氧去极化反应式得到解释：因海水是从渣斗的防护墙垂直喷向水冷壁的，喷在水冷壁管时水向外溅开，海水附在管壁上是一个直径大约15 cm的圆形痕迹，海水垂直喷到水冷壁管的中心位置处相对于周围的海水来说，水冷壁管的表面流速最大，海水冲刷中心处减薄得最严重，管壁离冲刷中心点越远减薄得越小，在海水冲到水冷壁管并沿管面扩散的过程中，在这极短的时间内氧的扩散系数、溶液本体氧的浓度、交换电子数或金属离子的价数可看作不变的，那么，氧的扩散电流线密度就只是和扩散层厚度变化有关了。海水从冲刷中心向外的速度是递减的，即离中心越远速度越小，海水冲刷腐蚀较轻，管壁就越厚。这是因为流速变小6就变大，氧的扩散电流线密度变小，腐蚀电流就越小，氧气极化减小，所以腐蚀速度由中心向外是逐步减弱的。这一结论也可从另外炉底水冷壁管的海水腐蚀处找到依据。

　　冷灰斗每侧有6条被腐蚀烂的喷淋管向水冷壁喷海水，每处被喷的水冷壁管都被腐蚀，且是中心减薄最大，并向周围递减，唯一不同的是每处被海水喷的地方腐蚀减薄的程度不同，除爆口处外，其他地方减薄程度有的1-3 mm不等，这是因为每条管喷出的海水流速不同，所以腐蚀的严重度不同。又由于管壁温度高加快腐蚀速度，3号锅炉从投产到爆管时间不到4年，炉底水封槽顶部水冷壁管腐蚀严重并发生多次爆管。从3号炉现场爆管分析，虽然海水对钢的腐蚀非常复杂，但3号锅炉水封槽顶部的水冷壁管腐蚀是以氧的去极化腐蚀为主。由于湛江电厂的渣斗冷却用水为海水，炉膛中的渣块落到渣斗时，大量海水从挡渣板间隙飞溅到水封室顶部水冷壁上，海水遇到高温水冷壁管后蒸发，使大量盐结在水冷壁管上，锅炉正常运行时水封槽顶部及外部水冷壁管流过的炉水260℃左右，外管壁是干燥的，没有溶质介质存在，积盐不会对管壁腐蚀，但当锅炉停运或备用时，管壁温度小于100~C，积盐会吸收大量水份，在管壁形成一层强电解质，管壁开始受海水的电化学腐蚀。

　　2004年5月对3号锅炉进行大修时发现炉底水冷壁管大面积腐蚀，最薄的管壁厚度只有2.1 mm，旁边管壁厚只有2.3 mm，腐蚀最多的管壁减薄5.4 mm。在锅炉大修中，对腐蚀严重的水冷壁进行更换，共更换94根水冷壁管，对3号锅炉水冷壁管底部联箱出口管，管壁做过防腐处理。做过防腐处理的，且在这次检查时没有发现管壁减薄现象的只重新进行了防腐处理。

　　4 防腐蚀爆管措施

　　湛江电厂位于海滨，为减少淡水的消耗，用海水作为渣斗的灰渣冷却及密封，可以节水降耗，但海水对炉底压力管道的腐蚀是必须解决的问题。根据海水对炉底压力管的腐蚀机理和锅炉管的腐蚀实际情况，认为将锅炉管表面与海水隔离或在锅炉管表面形成一个阳极保护层。由于有海水的强烈冲刷和较高的管壁温度，表面保护层还必须有相当的耐冲刷能力和耐高温能力。

　　在对各种防腐工艺进行分析后，决定采用金属喷涂工艺解决受海水腐蚀的锅炉管表面防腐问题。喷涂材料采用Ni-Al合金、铝合金，使用电弧喷涂方式现场喷涂。利用电弧喷涂设备将Ni-Al和铝合金熔化，同时以高速气流喷涂到锅炉管壁表面。电弧喷涂工艺流程如下：表面喷砂一电弧喷涂Ni-A1作为底层一喷涂铝合金一表面封孔处理。

　　(1)表面喷砂。喷砂用气体压力大于0.6 MPa，使用20目左右的金刚砂，按照国家标准对待防护的管道表面进行除锈处理。预处理后的管件表面清洁程度达到Sa3级，粗化程度约Rzl0μm以上。喷砂完毕的表面在8 h内有效，过了8 h，如果不喷涂，必须重新喷砂。

　　(2)喷涂金属涂层。喷砂后对管壁进行金属喷涂，使用电弧喷涂工艺先喷涂料底层，厚度大约0.05 mm，底层喷涂材料采用Ni-Al合金。然后再喷涂铝合金，喷涂厚度约0.1 mm。两次喷涂时间间隔不超过2 h。

　　(3)涂耐高温封闭剂。电弧喷涂完毕后，经检查合格立即进行封孔处理。由于喷涂表面的金属呈多孑L隙结构，有些孔隙可能贯穿整个涂层，因此必须进行密封处理。封孔处理采用专用封孔剂，厚度以能全部覆盖金属喷涂层表面为准。

　　喷涂完毕检查涂层表面应保证涂层均匀、平整、不起皮、不起泡、不掉块、涂层至密并结合良好，如果局部有问题，需马上进行修补出理。

　　自2001年4月开始，先后对2号、3号、4号锅炉发生海水腐蚀的部位全部进行了电弧喷涂防腐处理。图1中显示了水封槽两侧白色涂层使用3年以后的外观情况，从图中可以看出，虽经3年的运行，涂层表面没有发现脱落及明显的减薄，还可看到的喷图层，部分被盐覆盖，经测量出没有减薄，表面防腐涂层表现出良好的防腐效果。相比之下，由于水封槽密封板与炉再隔板位置因工期关系没有做喷涂防腐，腐蚀严重，这从侧面说明电弧喷涂镍铝合金材料后防腐涂层所具有的效果。根据目前的使用情况，估计喷涂层可以达到5年的使用寿命。

　　5 结论

　　从湛江发电厂锅炉水冷壁和水封槽的腐蚀情况和采用的防腐措施及其效果来看，对采用海水冷却的锅炉管道，只要采用合理的表面防腐措施，使用普通的金属材料完全可以达到理想的效果。3年的实际使用效果表明，电弧热喷涂技术是一项防腐效果明显，价格便宜，施工简单的工艺方法，值得在电力行业的海水防腐应用上大力推广。
图1

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