Page 56 - 理化检验-物理分册2022年第三期
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马芹征: 某余热发电锅炉低温过热器连接弯头开裂原因
头的开裂原因是锅炉安装后的煮炉过程中, 碱液进
入了过热器内部, 在连接弯头内表面缝隙处聚集、 浓
缩, 在较高的温度以及管道自重、 汽水振动、 热应力
和结构应力等多种应力的共同作用下, 连接弯头焊
缝处发生碱脆开裂。
( 2 )根据碱液进入过热器后的流动方向, 在该
开裂连接弯头附近管段进行超声波、 射线检测, 检查
存在裂纹的区域, 并对存在裂纹的管段进行更换, 避
免裂纹在后续锅炉运行过程中发生扩展, 引起管子
图 4 开裂连接弯头沿裂纹断开后断口表面的能谱分析结果
开裂。此外, 根据裂纹存在区域的大小, 对开裂连接
三钠进行煮炉, 由此得知, 钠和磷元素可能来源于煮
弯头附近管段内壁进行冲洗, 以降低管段内壁的碱
炉过程中加入的碱液。
含量。
常温环境中, 碳钢与碱液( NaOH ) 反应生成的
腐蚀产物[ Fe ( OH )] 在碱液中的溶解度很低 [ 6 ] , 能 参考文献:
3
牢固覆盖在碳钢表面, 从而避免碳钢被进一步腐蚀。
[ 1 ] 王冲, 吴穷, 王 军 . 水 泥 窑 余 热 发 电 锅 炉 技 术 的 发 展
在较高温度和一定应力的共同作用下, 碳钢或低合
[ J ] . 黑龙江科学, 2019 , 10 ( 2 ): 70-71.
金钢在碱液中会发生应力腐蚀开裂, 这种应力腐蚀 [ 2 ] 谷树超, 赵明华, 丘国平, 等 .9F 级燃机余热锅炉给水
开裂称为碱脆开裂, 即苛性脆化。碱脆是一种特殊 泵泵轴失效分析[ J ] . 工业炉, 2020 , 42 ( 6 ): 5-9.
的电化学腐蚀, 其反应方程式如式( 1 ) 所示 [ 7-8 ] 。 [ 3 ] 胡国呈, 董金善, 丁毅 . 余热回收器换热管与管板连接
( 1 ) 处泄漏失效分析[ J ] . 压力容器, 2019 , 36 ( 9 ): 53-62.
3Fe+4H 2O → Fe 3O 4 +4H 2
该腐蚀过程一般发生在金属表面应力集中处或 [ 4 ] 殷先华, 傅劲清, 张希旺, 等 . 锅炉过热器管大 面 积 裂
发生电化学腐蚀的沟槽处, 溶液沿氧化膜裂缝处进 纹事故分析[ J ] . 特种设备安全技术, 2011 ( 1 ): 19-20.
[ 5 ] 刘献良, 赖云亭, 陈忠兵, 等 . 余热锅炉过热器 管 焊 缝
入内部与金属基体发生反应, 在氧化膜破损处重新
开裂原因 分 析 [ J ] . 金 属 热 处 理, 2019 , 44 ( S1 ): 267-
氧 化 膜, 氧 化 膜 在 应 力 作 用 下 发 生 破
形成 Fe 3O 4
270.
损, 如此往复, 该过程使应力腐蚀裂纹不断扩展。同
[ 6 ] 李晓刚 . 材料 腐 蚀 与 防 护 [ M ] . 长 沙: 中 南 大 学 出 版
时, 裂纹两侧金属晶粒内部和晶界存在一定的电位
社, 2009.
差, 晶界电位比晶粒内部电位低得多, 从而使晶界作 [ 7 ] 徐先财, 杜涛, 刘广虎, 等 . 碱液加热器泄漏原 因 分 析
为阳极进一步被氧化, 这也促进了裂纹的扩展。 及对策[ J ] . 石 油 化 工 腐 蚀 与 防 护, 2016 , 33 ( 4 ): 37-
碳钢和低合金钢发生碱脆开裂, 必须满足的 3 39.
个基本条件, 即较高浓度的 NaOH 溶液、 一定的拉 [ 8 ] 纪鑫 .NaOH 管线碱脆失效分析及对策[ J ] . 石油化工
伸应力和较高的温度 [ 9-10 ] 。一般认为, 碱脆开裂在 建设, 2014 , 36 ( 4 ): 94-96.
溶液沸点附近时最容易发生, 温度低于46℃ 时一般 [ 9 ] 张国祥 . 蒸汽 管 道 断 裂 的 案 例 分 析 [ J ] . 工 业 锅 炉,
不发生 [ 11-14 ] 。溶液中的 NaOH 浓度很低时, 在高温 2015 ( 2 ): 50-51.
[ 10 ] 吕连杰, 王兆凤 . 延迟焦化装置碱液罐泄漏原因分析
环境中, NaOH 可能会在缝隙或粗糙的金属表面聚
及对策[ J ] . 炼油技术与工程, 2018 , 48 ( 3 ): 51-53.
集、 浓缩, 增大了材料的碱脆开裂敏感性。
[ 11 ] 刘文榉, 徐轶 伦 . 管 道 碱 脆 现 象 的 成 因 及 预 防 措 施
该连接弯头发生应力碱脆开裂是在锅炉煮炉过
[ J ] . 电力科技与环保, 2017 , 33 ( 5 ): 38-39.
程中碱液进入过热器导致的。在煮炉过程中, 碱液 [ 12 ] 张远声 . 腐蚀破坏事故 100 例[ M ] . 北京: 化学工业出
进入过热器, 在较高煮炉温度以及管道自重、 汽水振 版社, 2000.
动、 热应力和结构应力等多种应力的共同作用下, 连 [ 13 ] 杨瑞成 . 机械工程材料[ M ] . 重 庆: 重 庆 大 学 出 版 社,
接弯头焊缝处发生碱脆开裂。 2000.
[ 14 ] 刘亚丽, 王守华, 傅俊丰, 等 . 碱液设备及管道 的 腐 蚀
3 结论及建议 与防护[ J ] . 石油化工设备技术, 2014 , 35 ( 5 ): 40-41.
( 1 )余热发电锅炉低温过热器出口集箱连接弯
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