珠光體球化導致余熱鍋爐蒸發管開裂案例分析
某石化廠引進的發電機組余熱鍋爐運行156h 后發生蒸發管漏水事故。在堿溶液中的應力腐蝕開裂 （ 堿脆 ），余熱鍋爐蒸發管開裂，余熱鍋爐燃氣進口溫度518℃ ，出水溫度200℃ ，蒸發管為95mm (翅片直徑) ×50.8mm (中心管外徑) ×4.5mm (壁厚) , 材質為ASTM A192 高壓鍋爐管, 工作壓力1.57MPa。
1，檢驗結果
①漏水蒸發管的硬度 (64.7HRB) 比原始態(76.5HRB) 下降16%。
②漏水蒸發管的珠光體組織比原始態發生了明顯球化。
③通過試驗數據對比, 漏水管的工作溫度達450℃ ,高于未嚴重腐蝕的蒸發管。
④腐蝕坑中的腐蝕產物為 Fe3O4 +α-Fe2O3 , 是在300~500℃形成的, 腐蝕產物為多孔疏松狀、 與金屬附著力差。
⑤掃描電鏡觀察腐蝕坑底的形貌為沿晶和二次裂紋特征。
⑥爐水采用純磷酸鈉處理, PO34+ 含量為6~44mg· L-1 , pH 值為8.8~11.2, 說明爐水中存在游離的 NaOH。
2，運行記錄
從調試記錄中發現, 為解決 “循環泵壓低-報警-停機” 的矛盾, 調試時在蒸發器聯箱入口處增加了一塊ϕ28mm 的節流板。
由于原設計中該處無此板, 這對原設計中的水力參數和熱力參數帶來一系列重大影響。
鍋爐的 ( 平均) 循環倍率K 降1.87, 小于控制指標的2.5。因此, 蒸發器管束的運行工況遠離設計點, 處于危險狀態。從運行記錄中發現, 試運行鍋水的 PO34-含量偏離了規定指標。規定在 pH值為10.5~11.5時, PO34-應為50~100mg· L-1 , 但實際為6 ~44mg· L-1 。
究其原因是電廠當時因 Na2 HPO4 未到貨而未進行協調磷鹽處理。導致鍋水pH值和PO34-指標大都在含有游離的NaOH 范圍, 當爐管結垢或發生汽水分離時, 極易造成堿腐蝕。水力偏差分析, 在平均循環倍率1.87 時, 遠離法蘭的一組或幾組管束的實際循環倍率很可能降1 或接近于1, 必然會造成鍋水停滯和汽水分離現象。
3，結論
綜合分析結果為, 蒸發管局部過熱、 內壁高溫堿腐蝕和堿脆、 汽水腐蝕是早期腐蝕穿孔的主要原因。
5，改進措施
經計算增設一塊ϕ66mm 的孔板, 流量為120m3 · h-1 , 循環倍率為5.0, 符合余熱鍋爐的設計規定, 同時循環泵揚程由0.20MPa 升高到0.25MPa, 這不僅使泵功率降低, 而且改善了蒸發器的水力特性。對鍋爐重新進行化學清洗和煮爐, 以清理鍋水濃縮時的爐管積垢, 重新建立Fe3O4 保護膜。該余熱鍋爐已**運行了10a。
5，處理措施
①全部更換, 氬弧焊打底, J427 蓋面。
② 630℃消除應力, 安裝6 條金屬軟管。
③加強伴高溫線使用管理。
延伸閱讀：什么是珠光體？
珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的機械混合物稱為珠光體，用符號P表示。其力學性能介于鐵素體和滲碳體之間，強度較高，硬度適中，有一定的塑性。珠光體是鋼的共析轉變產物，其形態是鐵素體和滲碳體彼此相間形如指紋，呈層狀排列。按碳化物分布形態又可分為片狀珠光體和球狀珠光體二種。
圖一 片狀珠光體200倍 圖二 球狀珠光體500倍 圖三 球狀珠光體1000倍
（1）片狀珠光體：又可分為粗片狀、中片狀和細片狀三種。
（2）球狀珠光體：經球化退火獲得，滲碳體成球粒狀分布在鐵素體基體上；滲碳體球粒大小，取決于球化退火工藝，特別是冷卻速度。球狀珠光體可分為粗球狀、球狀、細球狀和點狀四種珠光體。
測試儀器設備導讀：超聲高溫耦合劑、鐵素體測試儀。
