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摘要：在一台18t/h的垃圾焚烧炉检查过程中，发现三级过热器管屏发生腐蚀减薄，对锅炉的安全，经济运行造成了影响，通过对腐蚀减薄的过热器取样对其进行金相分析、硬度试验，拉伸试验，断口及能谱分析，查找垃圾焚烧炉过热器管屏腐蚀的原因，针对过热器管屏腐蚀的原因采取措施，预防管屏冲刷腐蚀，延长过热器管屏使用寿命，为垃圾焚烧炉电厂过热器管屏腐蚀研究提供借鉴参考。
关键词：过热器；泄漏；腐蚀
深圳市盐田垃圾焚烧发电厂于2003年12月投入运行，装置2台225吨/日的垃圾焚烧炉，1台6.5MW的汽轮发电机组，年发电量5000万度，日处理生活垃圾450吨，年处理生活垃圾17万吨，2014年11月C级检修#1炉受热面检修结束对#1炉进行水压试验，3.8Mpa时检查受热面发现#1炉三级过热器第三个联箱第5根上升管中部有沙眼泄漏，停止水压试验，锅炉泄压进行检修，对泄漏的过热器管屏进行取样，将取样管送往深圳市特种设备研究院金属材料检验与机械设备失效分析中心，通过分析查找过热器管屏泄漏的原因，针对泄漏的原因采取措施延长过热器管屏寿命，为垃圾焚烧炉电厂过热器管屏腐蚀研究提供借鉴参考
一．事件情况
2014年11月C级检修#1炉受热面检修结束对#1炉进行水压试验，3.8Mpa时检查受热面发现#1炉三级过热器第三个联箱第5根上升管中部有沙眼泄漏，停止水压试验，锅炉泄压进行检修。截取三级过热器第三个联箱第5根上升管约500mm进行金相等理化试验分析。
二、三级过热器参数
盐田垃圾焚烧发电厂三级过热器由14片管屏组成，管屏间距为120mm，每月屏由17根管子组成，管间距为148mm，管子规格为φ51*5，材质为15Mo3（DIN2448）。介质流向为顺流布置。
制造厂家 中国武汉锅炉厂
锅炉型号 WGC18/4.0—1
余热炉形式 中压自然循环单汽包、平衡通风形式。
每台余热锅炉额定蒸发量 18t/h
过热器出口蒸汽压力 4.0MPa
过热器出口蒸汽温度 400℃（-5/+10）
过热器前烟温 <650℃
三、过热器腐蚀情况
将过热器割管取样分析，图1～图3为发生破口的三级过热器上升管宏观照片。过热器上升管外表面可见明显的腐蚀痕迹。管壁厚度不均，局部存在明显减薄现象。图2所示位置壁厚最大处为4.89mm，壁厚最小处仅为0.86mm。
三级过热器上升管破口位置打磨检查，破口位于上升管壁厚减薄一侧（迎风面）。肉眼可辨识的破口数量为1个，大致沿轴向分布。破口处无明显胀粗现象。
四、金相分析
金相检验
在破口位置、远离破口位置（与破口位置位于钢管同侧）、破口背侧（与破口位置对应的钢管另一侧）和远离破口背侧，分别切取横截面和纵截面试样，经镶嵌、磨抛和4%硝酸酒精浸蚀后，置于光学显微镜下观察显微组织。试验方法参照GB/T 13298-1991《金属显微组织检验方法》。各个位置的显微组织形貌见下图7~图14所示。
破口位置边沿壁厚仅约150μm（0.15mm，见图7（a））。破口位置、远离破口位置、破口背侧及远离破口背侧的金相组织均为铁素体+珠光体，珠光体呈条带状分布，珠光体有轻微球化现象。通过标准查找，发现没有相应的15Mo3珠光体球化评级标准。参照DL/T 787-2001《火电厂用15CrMo钢珠光体球化评级标准》，此次送检的15Mo3过热器上升管的破口位置、远离破口位置、破口背侧及远离破口背侧的珠光体球化级别介于倾向性球化和轻度球化之间。内、外壁均未见明显的脱碳现象。另外从图9（a）和图11（a）、（b）可以看出，上升管外表面有因腐蚀造成的小孔洞，内表面相对平滑。
2.4 硬度试验
将送检的三级过热器上升管各个部位（破口位置、远离破口位置、破口背侧、远离破口背侧）的横截面金相试样置于Durascan-20显微硬度计上进行显微维氏硬度试验，试验方法参照GB/T4340.1-2009《金属材料 维氏硬度试验 第1部分：试验方法》，试验载荷为4.903N（0.5kgf），保持时间为10s。送检三级过热器上升管各部位的显微维氏硬度平均值分别为：165HV0.5（破口位置）；160.6HV0.5（远离破口位置）；159.8HV0.5（破口背侧）；157.8HV0.5（远离破口背侧），具体结果如下表2所示。
2.5 拉伸试验
在送检的三级过热器上升管上制取纵向拉伸试样（平行段宽20mm，厚4mm），在微机控制电子万能试验机上进行室温拉伸试验，试验方法参照GB/T228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》，结果见下表3所示。送检的三级过热器上升管室温下的抗拉强度及屈服强度满足DIN 17175对15Mo3的技术要求，但断后伸长率仅为15.5%，低于标准要求值（不低于22%）。
2.6 断口及能谱分析
将送检的三级过热器上升管破口置于扫描电镜下观察断口形貌，从图15~图16可以看出，破口边沿及附近均被腐蚀产物覆盖，腐蚀产物呈团絮状，多处腐蚀产物已出现开裂。对腐蚀产物的成分进
行能谱分析，结果见表4，腐蚀产物中含有O、Cl、Na、Si、Al、Ca、S等元素。
五、腐蚀情况技术原因分析
从化学成分分析结果来看，送检过热器上升管的化学成分符合DIN 17175对15Mo3的技术要求，材质合格。
上升管的破口位置、远离破口位置、破口背侧和远离破口背侧的金相组织均为铁素体+珠光体，珠光体呈条带状分布。上升管内、外壁未见明显脱碳现象。该上升管由于长时间在高温环境下服役，珠光体有轻微球化现象。
上升管破口位置、远离破口位置、破口背侧和远离破口背侧的硬度相当。除断后伸长率小于DIN 17175对15Mo3的技术要求外，上升管的抗拉强度和屈服强度符合标准要求。考虑到破口侧与破口背侧的金相组织相同，硬度也相当，因此，组织及力学性能差异不是该上升管在迎风面（破口侧）出现破口的主要原因。
过热器上升管外表面有明显的腐蚀痕迹。内壁远离破口位置无明显腐蚀或变形。上升管破口位置及远离破口位置的横截面壁厚不均匀，破口侧壁厚明显减薄。破口位置无明显胀粗。上升管外表面的腐蚀产物中含有Cl、S、O等非金属元素，同时存在Na、Al、Ca等金属元素，腐蚀产物结构疏松，多处腐蚀产物已出现开裂。在高温烟气的冲刷下腐蚀产物易发生剥落，致使上升管受高温烟气冲刷的一侧壁厚不断减薄，这与宏观检测中发现上升管壁厚不均匀相符。
上升管外表面发生明显腐蚀，腐蚀产物中含有Cl、S、Na、K等元素，致使壁厚不断减薄，又因为受损面处于迎风面，随着烟气的不断冲刷，外壁表面上形成的腐蚀垢（块）不断剥落，金属将裸露在烟气中，从而加快管子的腐蚀。长此以往，管子因为腐蚀及烟气的冲刷，管壁不断减薄。当管壁减薄到一定的厚度，能承受的强度低于管子内壁受到的挤压强度，管子就会破裂。
六、结论及采取的措施
1）盐田厂垃圾发电厂三级过热器上升管的破口位置、远离破口位置、破口背侧和远离破口背侧的金相组织均为铁素体+珠光体，珠光体呈条带状分布，珠光体有轻微球化现象。内、外壁未见明显的脱碳现象。过热器上升管外壁在Cl、S、Na等元素作用下发生明显腐蚀，且受损面处于迎风面，在高温烟气的冲刷下致使壁厚不断减薄，是造成该过热器上升管出现破口失效的直接原因。
2）采取的措施
1、拟更换过热器管屏，过热器上升管可采用含Mo、Ni的合金材料，或在管子表面采用火焰喷涂镍基合金层后再投入使用。
2、加强对过热器上升管的检查，及时有效清除管壁积灰，关注管子表面的腐蚀情况、壁厚变化。
论文作者:刘志强
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/7
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