氯離子對高溫過熱器的影響及對策

氯離子對高溫過熱器的影響及對策朱美昌李冬產(chǎn)嚴海(上海海陸昆侖高科技工程有限公司上海200081)摘要介紹了高溫過熱器管內(nèi)蒸汽中氯離子對高溫過熱器的影響及相應(yīng)對策主題詞高溫過熱器氯離子腐蝕泄漏國內(nèi)某硫酸廠的硫磺制酸裝置，開車兩個月后在系統(tǒng)停車檢修完成進行鍋爐水壓試驗過程中發(fā)現(xiàn)高溫過熱器泄漏。打開過熱器集箱側(cè)的管箱，發(fā)現(xiàn)一根換熱管在翅片管末端距翅片管與彎頭焊縫約100mm處有一條與軸向約成40°的裂紋，長40mm左右，中部有一φ1～2mm的小孔，并且由于蒸汽的沖刷，將斜對面的一根換熱管沖出一小孔，所以共有兩處泄漏，并形成對射。高溫過熱器簡圖當(dāng)時從現(xiàn)場的情況分析，懷疑是換熱管管材質(zhì)量有問題，便將制造廠高溫過熱器的原材料質(zhì)保書、入廠復(fù)試報告調(diào)出，重新核實，材料的各項指標(biāo)均符合國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求；又將倉庫中剩余的鋼管重新做了渦流探傷、超聲波探傷和化學(xué)分析，均未發(fā)現(xiàn)任何材質(zhì)上的缺陷。所以推斷是管材局部有缺陷，經(jīng)過一段時間的運行后暴露出來，導(dǎo)致了泄漏，屬于極意外的現(xiàn)象。由于兩處泄漏原因不同，對有裂紋和泄漏孔的那排換熱管采取了封堵，對另外一處因沖刷產(chǎn)生泄漏孔的換熱管采取了修補。雖然減少了一排換熱管的換熱面積，但由于過熱器在設(shè)計時考慮了10%的富裕量，所以水壓試驗合格重新開車，并未影響過熱器的性能。高溫過熱器正常運行40天左右，因為系統(tǒng)故障再次停車檢修，檢修完畢后水壓試驗過程中發(fā)現(xiàn)高溫過熱器泄漏，打開管箱檢查發(fā)現(xiàn)有兩根換熱管在靠近與集箱的角焊縫處分別有一條寬1.5mm長10mm的裂紋和一個直徑約2mm的小孔，當(dāng)時采取了修補焊接，后重新水壓試驗時，一而再地又發(fā)現(xiàn)泄漏，又有兩根換熱管的端部翅片向下滴水，由于無法修補，對翅片滴水的兩排換熱管采取了封堵，即盲掉了兩排換熱管。對于第二次泄漏的原因，讓人感到費解，此類情況(過熱器換熱管多處發(fā)生泄漏)以前從未遇到過，況且每根換熱管都經(jīng)過100%的渦流探傷和超聲波探傷，不可能有那么多處隱患缺陷未被查出。為了徹底找到泄漏的原因，在發(fā)生泄漏處和未泄漏處分別割下了一段管子，用來作為進一步分析的試樣。兩段試樣通過金相實驗發(fā)現(xiàn)：管子內(nèi)壁有程度不均的腐蝕現(xiàn)象，多處有裂紋和腐蝕坑，并且腐蝕坑伴有裂紋(詳見圖示)。表明管子在運行過程中受到介質(zhì)的腐蝕，從而產(chǎn)生了局部腐蝕，出現(xiàn)了腐蝕坑，隨著應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的不斷作用，最終產(chǎn)生了小孔和裂紋。圖一1-A（左）、1-B（右）試樣圖二1-A試樣200X為此，我們查閱了大量的相關(guān)文獻、資料。據(jù)報導(dǎo)：雖然不銹鋼有很強的抗腐蝕性，但在實際工業(yè)生產(chǎn)條件下，不銹鋼設(shè)備被腐蝕破壞的事故卻十分頻繁。例如：我國新建的十幾套大型化肥廠（年產(chǎn)30萬噸合成氨，48萬噸尿素）在生產(chǎn)運行1～2年后，眾多廠家的不銹鋼水冷卻器相繼出現(xiàn)腐蝕破壞，目前已更換數(shù)十臺，并且破壞仍在繼續(xù)發(fā)生，造成了巨大的經(jīng)濟損失。所有這些腐蝕破壞都是由局部腐蝕（主要是孔蝕和應(yīng)力腐蝕破裂）造成的。1)“孔蝕”是一種極端的局部腐蝕形態(tài)?！拔g點”從金屬表面發(fā)生后，向縱深發(fā)展的速度大于或等于橫向發(fā)展的速度，腐蝕的結(jié)果是在金屬表面上形成蝕點或小孔。蝕點有時是彼此孤立的，有時則彼此靠得很近，好像是一個粗糙表面。蝕點的直徑可大可小，但大多數(shù)情況下是比較小的，有的只有幾十個微米。上面常常覆蓋著腐蝕產(chǎn)物，因此不易檢查出來。很難由實驗室的實驗來預(yù)估其腐蝕速率。有時形成蝕點需要較長時間，約幾個月或幾年。一旦形成，發(fā)展又較快，常常突然出現(xiàn)腐蝕損壞（穿孔）。因此，孔蝕是一種危害很大的、劇烈的局部腐蝕形態(tài)。奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕是由孔蝕誘發(fā)的，隨著孔蝕的加深和應(yīng)力腐蝕的不斷作用，最終出現(xiàn)了穿孔和裂紋。兩者的影響參數(shù)相同，往往是氯離子濃度和溫度的聯(lián)合作用。2)高溫過熱器布置在硫磺制酸裝置轉(zhuǎn)化器一段的后面，通過加熱過熱蒸汽達到冷卻煙氣的目的。管程內(nèi)為3.82MPa、450°C的過熱蒸汽，管程外為600°C的制酸煙氣（煙氣成分SO2：3.43%；SO3：6.65%；O2：8.28%；N2：81.64%）。因工藝的特殊要求，管程和殼程材質(zhì)全部采用奧氏體不銹鋼，其中管材是1Cr18Ni9Ti，抗氯離子腐蝕是極其脆弱的。第一次出現(xiàn)泄漏極可能是孔蝕和應(yīng)力腐蝕先后作用而導(dǎo)致，其外觀（一條長約40mm裂紋，中部有一φ1～2mm的小孔）與孔蝕和應(yīng)力腐蝕先后作用的結(jié)果比較吻合；對于第二次為何發(fā)生多處泄漏，是因為換熱管內(nèi)壁已多處局部腐蝕，并且日益加劇，隨著系統(tǒng)的開停車，在壓力變化和溫度變化的共同作用下，最終導(dǎo)致?lián)Q熱管局部腐蝕嚴重的地方先后都發(fā)生了泄漏?？梢酝茢噙^熱器換熱管內(nèi)壁已多處局部腐蝕，并且比較嚴重，隨時可能再次、多處泄漏。據(jù)此判斷：高溫過熱器兩次發(fā)生泄漏，是因為蒸汽中氯離子腐蝕所致。為進一步證實上述論點，我們在現(xiàn)場測量了爐水的氯離子濃度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)爐水的氯離子含量達到8mg/L左右，有時高達24mg/L，超出了國家相應(yīng)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定：zGB12145-1989《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》第6.2.1條:“對用除鹽水作為補給水的鍋爐（5.9MPa～15.6MPa），其爐水氯離子的含量應(yīng)≤4mg/L”；z《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（1996年版）第208條：“奧氏體受壓元件水壓試驗時，應(yīng)控制水中的氯離子含量不超過25mg/L，如不能滿足這一要求時，水壓試驗后應(yīng)立即將水漬去除干凈”。查找出了過熱器泄漏的根本原因后，馬上采取措施降低了鍋爐爐水的氯離子濃度，控制爐水氯離子濃度≤3mg/L，相應(yīng)的過熱蒸汽的氯離子濃度在0.1mg/L左右。自2005年7月中旬開車至今未再發(fā)生過泄漏。針對此次出現(xiàn)的事故，為保證硫磺制酸裝置中高溫過熱器長期、安全、穩(wěn)定地運行，我們建議：