1工況條件及腐蝕情況宏觀檢查

    某電廠燃煤鍋?zhàn)o(hù)的燃料為褐煤。鍋爐的煙氣溫度為1050-1100℃，水冷壁為鍋爐的蒸發(fā)受熱面。該鍋爐水冷壁為鰭片管結(jié)構(gòu)。水冷壁管的規(guī)格為 38 mm × 5 mm不銹鋼管。材質(zhì)為西德進(jìn)口鋼材2520。管內(nèi)壁溫度約為370℃.運(yùn)行10余年。靠近鰭片處受熱面管壁上粘附著一些顆粒狀物質(zhì)，造成管壁粗糙不平;受熱面的管冠處出現(xiàn)大量腐蝕坑.腐蝕坑形狀不規(guī)則、尺寸在1mm X 1 mm-2 mm X 2 mm之間.深度在0.1 mm-0.3mm之間.對(duì)比分析命近鰭片處和管冠處的腐蝕產(chǎn)物以及管冠處腐蝕坑的形成原因。

2金相檢查

    將不銹鋼管的橫截面預(yù)磨拋光，用4%酸酒精侵蝕.制得金相樣品，再用金相顯徽鏡觀察橫截面和腐蝕產(chǎn)物形貌.水冷壁管橫截面的金相組織為鐵素體+珠光體.不銹鋼管的受熱面覆蓋著腐蝕產(chǎn)物，管冠處的腐蝕產(chǎn)物厚度不均勻、有些腐蝕產(chǎn)物似楔子伸向基體，最深處達(dá)0.35 mm.局部地方有腐蝕產(chǎn)物剝落現(xiàn)象，靠近鰭片處的腐蝕產(chǎn)物厚度較均勻。

3顯微分析

    用線切割方法截取水冷壁管，掃描電鏡(SEM )觀察其受熱面的表面形貌.受熱面管冠處、有形狀不規(guī)則的腐蝕坑，高倍觀察發(fā)現(xiàn)腐蝕坑底部腐蝕產(chǎn)物有龜裂現(xiàn)象，有些地方腐蝕產(chǎn)物有孔洞.靠近鰭片處受熱面管壁上粘附著一些顆粒狀物質(zhì).造成管壁粗糙不平.

    用掃描電鏡上的能譜儀(EDS)分析不銹鋼管受熱面物質(zhì)的化學(xué)成分，結(jié)果列于表1，可以看出雖然管冠處和靠近鰭片處的表面形貌不一致，但面掃描的結(jié)果顯示它們表面物質(zhì)的化學(xué)成分相當(dāng)，除含有Fe元素外，還含有一定數(shù)量的S,AI,Si,K等元素，這些元素可能來自煙中的灰份。

    將不銹鋼管橫截面預(yù)磨拋光，采用定點(diǎn)測(cè)a方式用電子探針由外表面向荃體依次定量測(cè)童腐蝕產(chǎn)物和基本的化學(xué)成份，結(jié)果列于表2中.其中第6點(diǎn)和第10點(diǎn)為基體的成分，其余點(diǎn)為腐蝕產(chǎn)物的成分.可以看出管冠處和靠近緒片處受熱面的腐蝕產(chǎn)物化學(xué)成份相當(dāng)，都含有較多硫元素，最多處重量百分比超過20%，圖3為硫在腐蝕產(chǎn)物中的分布.在腐蝕產(chǎn)物表面吸附一些AL,Si和少量K元素，產(chǎn)物內(nèi)部A1,Si,K較少，說明Al,Si,K來自枯附在表面的灰份.在基體中Mo,Si,S等元家含t墓本符合15Mo3的成份范圍。

    用X射線衍射分析儀分析腐蝕產(chǎn)物的相組成.首先將黏附在不銹鋼管上的顆粒狀物質(zhì)和較疏松的腐蝕產(chǎn)物刮下，研磨成較細(xì)的粉末，進(jìn)行X射線衍射，對(duì)管冠處管壁進(jìn)行原位X射線衍射分析，結(jié)果顯示它們的衍射峰相一致.腐蝕產(chǎn)物主要由Fe3O4 , Fe2O3和FeS組成。

4腐蝕坑形成原因分析

    結(jié)合電子探針和能譜儀分析結(jié)果，可以看出腐蝕產(chǎn)物中含有S元素，最多處達(dá)20%(重量百分比),X射線衍射分析表明腐蝕產(chǎn)物主要由Fe3O,,Fe2O，和硫化物((FeS)組成，分析認(rèn)為腐蝕產(chǎn)物是在高溫載化和硫腐蝕過程中形成的.水冷壁管的受熱面與鍋爐內(nèi)的高溫?zé)煔饨佑|，煙氣中的氧將與不銹鋼管表面層起作用，產(chǎn)生高溫氧化現(xiàn)象，在這一過程中，金屬表面生成氧化膜.碳鋼約在570℃以下，氧化膜由Fe3O。和Fe20，組成，含氧比例較大的Fe2O3在外面，這種氧化膜能起到良好的保護(hù)作用.考慮到不利因索后，一般認(rèn)為碳鋼在540℃以下不必?fù)?dān)心氧化間題，碳鋼的熱強(qiáng)性在500℃以上明顯下降，故碳鋼的使用溫度取決于熱強(qiáng)性，所以對(duì)水冷壁管15Mo3材質(zhì)而言，高溫權(quán)化不是主要問題.

    高壓鍋爐水冷壁管的外壁常發(fā)生高溫硫腐蝕.在然燒器高度區(qū)域內(nèi)，尚未燃盡的火焰直接沖刷水冷壁管.由于繼續(xù)嫉燒，消耗大量氧，形成還原性或半還原性介質(zhì)條件，在這種情況下產(chǎn)生硫腐蝕現(xiàn)象。

    煤粉中黃鐵礦(FeS2)沖到管壁上因受熱分解出自由的原子硫和硫化亞鐵，當(dāng)壁溫約為350℃時(shí)，原子硫與鐵發(fā)生反應(yīng)，生成硫化亞鐵(FeS).而后緩慢氧化生成黑色的磁性氧化鐵(Fe3O4).腐蝕產(chǎn)物中含硫量高及硫化物相的存在，說明硫腐蝕是引起腐蝕和腐蝕坑形成的主要原因。

    SEM觀察結(jié)果(圖2)看出腐蝕產(chǎn)物龜裂，有孔洞，說明腐蝕產(chǎn)物膜有不完整性，S,O等元素在膜開裂處向內(nèi)擴(kuò)散，不斷與鐵發(fā)生反應(yīng)，形成鐵的硫化物和氧化物，腐蝕產(chǎn)物局部剝落形成腐蝕坑.同時(shí)在腐蝕產(chǎn)物開裂處。腐蝕不斷徑向發(fā)展，形成楔子樣的腐蝕產(chǎn)物。

5結(jié)論及防護(hù)措施

    根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)和分析，初步認(rèn)為水冷壁管受熱面管冠處腐蝕坑是由于硫腐蝕造成的，腐蝕坑有向徑向繼續(xù)發(fā)展的可能性.靠近鰭片處受熱面上的腐蝕產(chǎn)物與管冠處腐蝕產(chǎn)物相同，由于靠近鰭片處相對(duì)背風(fēng)，煤燃燒產(chǎn)生的粉塵和剝落的腐蝕產(chǎn)物在此枯附.建議盡量使用含硫量低的煤;在然燒的過程中增加供氧量，避免形成還原或半還原性氣氛.以控制硫腐蝕.同時(shí)對(duì)腐蝕情況定期檢查，以免發(fā)生事故.也可以采用相應(yīng)的涂層進(jìn)行防護(hù)。