过热器管的氧腐蚀失效分析
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防护措施 [ 文献标识码 ] B [ 文章编号 ] 1004- 7913 ( 2003) 09- 0037- 03
[ 中图分类号 ] TK224 9 4
电厂过热器管常见事故多为过热爆管, 但也曾 发现过热器管会发生高温氧腐蚀致管壁减薄泄漏爆 管。下面以本钢电厂 23 号炉过热器泄漏为例分析 氧腐蚀产生的特征、条件 , 从而提出防护建议和措 施。
国内最大的燃气 ∀ 蒸汽联合循环发电厂动工
总投资 25 亿元的 # 西气东输∃ 配套工程华兴电力项目近日在张家港动工兴建。该项目建成后将成为 国内最大的燃气 ∀ 蒸汽联合循环发电厂。 该项目将建设 2 套 39 5 万 kW 级燃气 ∀ 蒸汽联合循环发电机组 , 这是国内 10 家燃机项目中第一个获 批准项目。该设备以天然气作为发电燃料 , 年耗气量约 7 亿 m 3, 预计 2005 年 8 月 1 号机组投 入运行, 2006 年 2 月 2 号机组投入运行。
1 1
宏观形貌
过热器管外 1 圈泄漏处 边缘不平 整, 开口 不 大, 见图 2。开口附近内壁壁厚腐蚀减薄, 最薄壁 厚只剩下约 1 mm 。此管内外壁均有氧化皮 , 外壁 氧化皮 厚约 0 1 mm, 内壁 腐蚀坑 处氧化 皮较厚 , 0 2~ 0 3 mm, 颜色黑褐色, 内壁未腐蚀处氧化皮 厚约 0 014 mm, 颜色暗褐色。
万多小时内 , 长期受到高温的作用。 c. 管内壁未腐蚀处氧化皮致密, 具有保护性。 而腐蚀坑处氧化皮呈疏松状 , 与基体结合不致密 , 易 脱落 , 说明该处发生了氧腐蚀。氧腐蚀发生条件是 在高温潮湿的环境中, 或氧化充足的潮湿环境中。
1 4
泄漏管外弧沉积物能谱分析 能谱分析显示, 外弧 沉积物 Fe 、O 元素含 量 高, 表明沉积物是氧化皮脱落的碎片。
400)
b. 管泄漏发生在过热器下 U 型弯蒸汽出口 最后 1 根 , 也是炉膛烟气入口的高温冲刷处 , 此处 常常由于启炉 时蒸汽不能及时供给而 处于过热状 态 , 是过热器管的高温区。该管向火面与背火面组 织基本相同, 且球化有 3~ 4 级 , 也表明该管在 4
图 5 泄漏管外弧侧 ( 500)
图 9 内壁未腐蚀处内壁致密的氧化皮 ( 400)
3
结论
a. b. 该管存在氧化物夹杂超标缺陷。 该管存在高温氧化腐蚀或停炉保护不好造
成的氧腐蚀。
4
建议
a. b. 严禁超温过热运行。 定期检查除氧器的除氧效果 , 降低汽水的
含氧量。 c. 在停炉检修期间 , 采取妥善的防腐措施。 作者简介:
图 10 内弧侧腐蚀坑下氧化物夹杂 ( 100) 赵玲玲 ( 1972- ) , 女 , 学 士 , 工程 师 , 从事 电厂金 相检验 及 事故分析工作。 ( 收稿日期 2003- 06- 20)
图2 过热器管外 1 圈泄漏管形貌
图 3 外 2 圈内壁腐蚀坑管
1 2 泄漏管化学成分分析
图1 2000 年 7 月过热器损伤位置
应 用 光 谱 分 析 仪 测 试, 此 管 材 质 确 为 12Cr1MoV, 成分符合 GB5310 标准要求, 见表 1。 1 3 泄漏管微观金相分析 在此管泄漏壁厚减薄处割取一环 , 制作金相试 样。进行电子显微镜分析。 分析结果表明 , 内弧腐蚀坑处 ( 背弧侧) 组织 与外弧向火侧组织相同 , 没有脱碳和裂纹 , 组织为 铁素体和碳化物, 珠光体球化级别 3~ 4 级。见图
2003 年第 9 期
东北电力技术
37
过热器管的氧腐蚀失效分析
Analysis on Oxygen Corrosion Failure in Superheater Tubes.
赵玲玲
( 辽宁电力科学研究院 , 辽宁 沈阳 110006)
摘要 : 本钢电厂 23 号炉 12Cr1MoV 过热器管连续发生泄漏 , 漏口附近内壁壁厚减薄 , 研究分析认为是氧腐蚀造成的。 关键词 : 过热器 氧腐蚀
2
过热器管泄漏原因
a. 该管存在大量的氧化物夹杂, 夹杂物破坏
了基体的连续性, 且与基体电极电位不同 , 在此处 易发生电化学腐蚀。该管内弧处氧化物夹杂形状较 大 , 是首先发生腐蚀的位置。
图6
腐蚀坑上疏松的氧化皮 (
400)
图 4 泄漏管背弧侧内壁腐蚀坑下基体 (
500)
图7
腐蚀坑上与基体存在缝隙的氧化皮 (
2003 年第 9 期
东北电力技术
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图 8 腐蚀坑下氧化皮脱落漏出金属基体 (
400)
图 11
泄漏管外弧侧氧化物夹杂 (
100)
d.
氧 的来源可能是 高温条件下 ( 570
以
上 ) 水蒸气分解产生的氧原子, 也可能是停炉保护 不好进入的空气溶入下弯头凝结水中。 e. 腐蚀产生的 Fe 3O4 导热性能差, 在运行中 使管壁温度进一步升高 , 加快了氧腐蚀的进程。 f. 由于每次启停炉的交变应力 , 使不致密、 疏松的氧化产物脱落, 漏出的金属基体不具保护性 而更易腐蚀。如此过热 器管内壁的氧 腐蚀循环下 去 , 致使管材壁厚不断减薄 , 当材料强度不能承受 内压力时发生爆管。
38
东北电力技术
表 1 裂管化学成份与 GB5310 标准比对表
2003 年Fra Baidu bibliotek 9 期
元素 泄露管 GB5310
C 0 13 0 08~ 0 15
Si 0 28 0 17~ 0 37
Mn 0 51 0 40~ 0 70
Cr 1 06 0 90~ 1 20
Mo 0 30 0 25~ 0 35
V 0 25 0 15~ 0 30
外 2 圈过热器管虽未泄漏, 但剖开下 U 型弯处 内壁也发现了腐蚀坑, 见图 3。
1
概况及漏管试验分析
本钢发电厂 23 号炉属 WGZ220- 100- B 型锅 炉, 于 1991 年 9 月 15 日正式行, 截止 2000 年 7 月 13 日 累计 运行 48 486h 。其 高温 过热 器 管材 质 为 12Cr1MoV, 规格为 42 5 mm 。该过热器烟气入口 温度约 800 , 管内蒸汽温度约 500 。 2000 年 7 月大修打 水压期间 , 连 续发生过 热 器管泄漏事故, 泄漏位置均在过热 器下 U 型弯外 两根起弧处内弧侧, 见图 1。
S 0 010 ! 0 035
P 0 023 ! 0 035
4、图 5。内壁 腐蚀坑 处黑 褐色 氧化 皮呈 疏松状 , 见图 6。有些氧化 皮与基体存 在一条缝 , 见图 7。 有些氧化皮与基体脱离 , 漏 出金属基体, 见图 8。 而内壁未发生腐蚀处氧化皮则与基体紧密地结合在 一起 , 见图 9 ( 图 6~ 图 11 试样未用 4% 硝酸酒精 侵蚀 , 属抛光态 ) 。 同时发现, 该管基体上有大量的氧化物夹杂。 在内弧腐蚀坑下夹杂块较大, 按照 GB10561- 89D 类评级 为 5 级; 外弧 处氧化物夹杂块 较小, 按 照 GB10561- 89D 类评级为 4 级。按照 GB5310- 1995 标准要求 , 高压锅炉用无缝钢管非金属夹杂物应不 大于 GB10561 夹杂物评级标准的 2 5 级 , 所以该管 氧化物夹杂超标 , 见图 10、图 11。
防护措施 [ 文献标识码 ] B [ 文章编号 ] 1004- 7913 ( 2003) 09- 0037- 03
[ 中图分类号 ] TK224 9 4
电厂过热器管常见事故多为过热爆管, 但也曾 发现过热器管会发生高温氧腐蚀致管壁减薄泄漏爆 管。下面以本钢电厂 23 号炉过热器泄漏为例分析 氧腐蚀产生的特征、条件 , 从而提出防护建议和措 施。
国内最大的燃气 ∀ 蒸汽联合循环发电厂动工
总投资 25 亿元的 # 西气东输∃ 配套工程华兴电力项目近日在张家港动工兴建。该项目建成后将成为 国内最大的燃气 ∀ 蒸汽联合循环发电厂。 该项目将建设 2 套 39 5 万 kW 级燃气 ∀ 蒸汽联合循环发电机组 , 这是国内 10 家燃机项目中第一个获 批准项目。该设备以天然气作为发电燃料 , 年耗气量约 7 亿 m 3, 预计 2005 年 8 月 1 号机组投 入运行, 2006 年 2 月 2 号机组投入运行。
1 1
宏观形貌
过热器管外 1 圈泄漏处 边缘不平 整, 开口 不 大, 见图 2。开口附近内壁壁厚腐蚀减薄, 最薄壁 厚只剩下约 1 mm 。此管内外壁均有氧化皮 , 外壁 氧化皮 厚约 0 1 mm, 内壁 腐蚀坑 处氧化 皮较厚 , 0 2~ 0 3 mm, 颜色黑褐色, 内壁未腐蚀处氧化皮 厚约 0 014 mm, 颜色暗褐色。
万多小时内 , 长期受到高温的作用。 c. 管内壁未腐蚀处氧化皮致密, 具有保护性。 而腐蚀坑处氧化皮呈疏松状 , 与基体结合不致密 , 易 脱落 , 说明该处发生了氧腐蚀。氧腐蚀发生条件是 在高温潮湿的环境中, 或氧化充足的潮湿环境中。
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泄漏管外弧沉积物能谱分析 能谱分析显示, 外弧 沉积物 Fe 、O 元素含 量 高, 表明沉积物是氧化皮脱落的碎片。
400)
b. 管泄漏发生在过热器下 U 型弯蒸汽出口 最后 1 根 , 也是炉膛烟气入口的高温冲刷处 , 此处 常常由于启炉 时蒸汽不能及时供给而 处于过热状 态 , 是过热器管的高温区。该管向火面与背火面组 织基本相同, 且球化有 3~ 4 级 , 也表明该管在 4
图 5 泄漏管外弧侧 ( 500)
图 9 内壁未腐蚀处内壁致密的氧化皮 ( 400)
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结论
a. b. 该管存在氧化物夹杂超标缺陷。 该管存在高温氧化腐蚀或停炉保护不好造
成的氧腐蚀。
4
建议
a. b. 严禁超温过热运行。 定期检查除氧器的除氧效果 , 降低汽水的
含氧量。 c. 在停炉检修期间 , 采取妥善的防腐措施。 作者简介:
图 10 内弧侧腐蚀坑下氧化物夹杂 ( 100) 赵玲玲 ( 1972- ) , 女 , 学 士 , 工程 师 , 从事 电厂金 相检验 及 事故分析工作。 ( 收稿日期 2003- 06- 20)
图2 过热器管外 1 圈泄漏管形貌
图 3 外 2 圈内壁腐蚀坑管
1 2 泄漏管化学成分分析
图1 2000 年 7 月过热器损伤位置
应 用 光 谱 分 析 仪 测 试, 此 管 材 质 确 为 12Cr1MoV, 成分符合 GB5310 标准要求, 见表 1。 1 3 泄漏管微观金相分析 在此管泄漏壁厚减薄处割取一环 , 制作金相试 样。进行电子显微镜分析。 分析结果表明 , 内弧腐蚀坑处 ( 背弧侧) 组织 与外弧向火侧组织相同 , 没有脱碳和裂纹 , 组织为 铁素体和碳化物, 珠光体球化级别 3~ 4 级。见图
2003 年第 9 期
东北电力技术
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过热器管的氧腐蚀失效分析
Analysis on Oxygen Corrosion Failure in Superheater Tubes.
赵玲玲
( 辽宁电力科学研究院 , 辽宁 沈阳 110006)
摘要 : 本钢电厂 23 号炉 12Cr1MoV 过热器管连续发生泄漏 , 漏口附近内壁壁厚减薄 , 研究分析认为是氧腐蚀造成的。 关键词 : 过热器 氧腐蚀
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过热器管泄漏原因
a. 该管存在大量的氧化物夹杂, 夹杂物破坏
了基体的连续性, 且与基体电极电位不同 , 在此处 易发生电化学腐蚀。该管内弧处氧化物夹杂形状较 大 , 是首先发生腐蚀的位置。
图6
腐蚀坑上疏松的氧化皮 (
400)
图 4 泄漏管背弧侧内壁腐蚀坑下基体 (
500)
图7
腐蚀坑上与基体存在缝隙的氧化皮 (
2003 年第 9 期
东北电力技术
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图 8 腐蚀坑下氧化皮脱落漏出金属基体 (
400)
图 11
泄漏管外弧侧氧化物夹杂 (
100)
d.
氧 的来源可能是 高温条件下 ( 570
以
上 ) 水蒸气分解产生的氧原子, 也可能是停炉保护 不好进入的空气溶入下弯头凝结水中。 e. 腐蚀产生的 Fe 3O4 导热性能差, 在运行中 使管壁温度进一步升高 , 加快了氧腐蚀的进程。 f. 由于每次启停炉的交变应力 , 使不致密、 疏松的氧化产物脱落, 漏出的金属基体不具保护性 而更易腐蚀。如此过热 器管内壁的氧 腐蚀循环下 去 , 致使管材壁厚不断减薄 , 当材料强度不能承受 内压力时发生爆管。
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东北电力技术
表 1 裂管化学成份与 GB5310 标准比对表
2003 年Fra Baidu bibliotek 9 期
元素 泄露管 GB5310
C 0 13 0 08~ 0 15
Si 0 28 0 17~ 0 37
Mn 0 51 0 40~ 0 70
Cr 1 06 0 90~ 1 20
Mo 0 30 0 25~ 0 35
V 0 25 0 15~ 0 30
外 2 圈过热器管虽未泄漏, 但剖开下 U 型弯处 内壁也发现了腐蚀坑, 见图 3。
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概况及漏管试验分析
本钢发电厂 23 号炉属 WGZ220- 100- B 型锅 炉, 于 1991 年 9 月 15 日正式行, 截止 2000 年 7 月 13 日 累计 运行 48 486h 。其 高温 过热 器 管材 质 为 12Cr1MoV, 规格为 42 5 mm 。该过热器烟气入口 温度约 800 , 管内蒸汽温度约 500 。 2000 年 7 月大修打 水压期间 , 连 续发生过 热 器管泄漏事故, 泄漏位置均在过热 器下 U 型弯外 两根起弧处内弧侧, 见图 1。
S 0 010 ! 0 035
P 0 023 ! 0 035
4、图 5。内壁 腐蚀坑 处黑 褐色 氧化 皮呈 疏松状 , 见图 6。有些氧化 皮与基体存 在一条缝 , 见图 7。 有些氧化皮与基体脱离 , 漏 出金属基体, 见图 8。 而内壁未发生腐蚀处氧化皮则与基体紧密地结合在 一起 , 见图 9 ( 图 6~ 图 11 试样未用 4% 硝酸酒精 侵蚀 , 属抛光态 ) 。 同时发现, 该管基体上有大量的氧化物夹杂。 在内弧腐蚀坑下夹杂块较大, 按照 GB10561- 89D 类评级 为 5 级; 外弧 处氧化物夹杂块 较小, 按 照 GB10561- 89D 类评级为 4 级。按照 GB5310- 1995 标准要求 , 高压锅炉用无缝钢管非金属夹杂物应不 大于 GB10561 夹杂物评级标准的 2 5 级 , 所以该管 氧化物夹杂超标 , 见图 10、图 11。