鍋爐爆管類型及高溫腐蝕機(jī)理
1、 四管爆漏的種類和定義
四管爆漏是指鍋爐熱交換面中的水冷壁 、過熱器、再熱器和省煤器四種受熱面管由于過熱 、腐蝕 、磨損等各種原因發(fā)生破裂、泄漏, 導(dǎo)致爐管失效 , 甚至引起鍋爐事故停機(jī) 。
根據(jù)其產(chǎn)生的原因不同分類：
2 、過熱爆管
過熱可分短期過熱和長期過熱兩大類 ：
長期過熱和短期過熱是由于管子在嚴(yán)重超溫的情況下力學(xué)性能嚴(yán)重下降 ,管子在壓力的作用下發(fā)生塑性變形以至爆破 。
3、 磨損爆管
受熱面磨損引起四管爆破 ,因磨損機(jī)理的不同 ,可以分為以下幾類 :
( 1) 飛灰磨損 ;
攜帶有灰粒和未完全燃燒的燃料顆粒的高速煙氣通過受熱面時(shí)，粒子對受熱面的每次撞擊都會(huì)剝離掉極微小的金屬，從而逐漸將受熱面管子變薄，煙速越高，灰粒對管壁的撞擊力就越大，煙氣攜帶的灰粒越多，撞擊的次數(shù)就越多，其結(jié)果都將加速受熱面的磨損。當(dāng)煤中的灰份較大時(shí)和煙氣流速較高時(shí)，會(huì)使受熱面受到嚴(yán)重的磨損。
飛灰磨損是造成低溫受熱面磨損 、泄漏 、爆管的最重要原因之一 。
( 2) 機(jī)械磨損 ;
機(jī)械磨損的產(chǎn)生原因是受熱面管排上的管卡常會(huì)因過熱變形或焊接不牢固而開焊 , 造成管子振動(dòng)并與管卡相磨 ,或者水冷壁與其他相鄰部件有撞擊或摩擦 ,使管壁磨損減薄 ,當(dāng)管壁減薄到一定程度時(shí) , 在內(nèi)壓的作用下 ,管子發(fā)生爆破 。
4 、腐蝕爆管
由于外部介質(zhì)與受熱面管子發(fā)生化學(xué)作用或電化學(xué)作用而引起的爆管稱為腐蝕爆管 。雖然腐蝕爆管占總爆管數(shù)的比例較低 , 但由于具有突發(fā)性和不可預(yù)測性 ,腐蝕一旦發(fā)生 , 受損范圍較大 , 往往造成大面積的受熱面損壞 。
爆管按腐蝕發(fā)生的部位 ,可分為煙氣側(cè)腐蝕和水側(cè)腐蝕爆管：
1）煙氣側(cè)腐蝕
煙氣側(cè)腐蝕又因產(chǎn)生的部位和條件不同 ,可分為高溫腐蝕和低溫腐蝕 。當(dāng)燃用高水分高硫燃料時(shí) ,我們通常就是說劣質(zhì)煤，高溫受熱面管子受到腐蝕 ,稱為高溫腐蝕 。低溫腐蝕則是指尾部低溫受熱面所受到的腐蝕 。
a.高溫腐蝕
由煙氣側(cè)高溫腐蝕而引起的爆管 , 主要是以下這兩種腐蝕引起的，其腐蝕機(jī)理為：
-
硫酸鹽型的高溫腐蝕；
受熱面生成一層薄的氧化鐵（Fe2O3）鐵銹和極細(xì)灰粒的沾污層，其厚度是有限的，實(shí)際上是金屬的保護(hù)膜（因鐵銹的氧化速度是較慢的）；
在火焰高溫作用下而升華的堿土金屬氧化物（如Na2O 和K2O 等）冷凝在管壁的沾污層上，如周圍煙氣中有SO3， 則會(huì)發(fā)生反應(yīng)形成硫酸鹽（Na2SO4或K2SO4等）
Na2+SO3→Na2SO4
K2O+SO3→K2SO4
硫酸鹽層增加，熱阻加大，表面溫度升高而開始發(fā)粘、熔化，并開始粘結(jié)飛灰，形成疏松的渣層，硫酸鹽熔化時(shí)會(huì)放出SO3；
所放出的SO3及煙氣中的SO3會(huì)通過疏松的渣層向內(nèi)擴(kuò)散，發(fā)生如下反應(yīng)：
3K2SO4（或Na2SO4）+ Fe2O3+3 SO3→2K3Fe（SO4）3［或Na3Fe（SO4）3］
此時(shí)管壁Fe2O3鐵銹層被破壞， 而K3Fe（SO4）3在584 ℃下就會(huì)熔化， 進(jìn)一步氧化而使金屬耗損。此時(shí)鐵的腐蝕為10Fe+2Na2Fe（SO4）3→3Fe3O4+3FeS+3Na2SO4
Na2SO4或K2SO4的循環(huán)作用而使腐蝕不斷進(jìn)行。
運(yùn)行中因清灰或灰渣過厚而脫落，使得K3Fe（SO4）3或Na3Fe（SO4）3等暴露在高溫火炬的輻射下而發(fā)生分解反應(yīng)生成新的堿土金屬硫酸鹽層，在SO3作用下，不斷使管壁受到腐蝕。
（2）硫化物型的高溫腐蝕。
當(dāng)管壁附近氧量不夠，存在還原性氣氛，并出現(xiàn)有H2S 氣體時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生硫化物腐蝕。
燃煤中的硫化物，如黃鐵礦（FeS2）隨灰粒和未燃盡煤粉一起沖到管壁上，受熱分解出自由原子硫和硫化亞鐵
FeS2→FeS+［S］
此外，當(dāng)管壁附近存在H2S 和SO2時(shí)也可能生成［S］
H2S＋SO2→2H2O＋3［S］
在還原性氣氛中，由于缺氧，原子硫有可能單獨(dú)存在，當(dāng)管壁溫度達(dá)到350 ℃時(shí)，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)Fe+［S］→ FeS
硫化亞鐵進(jìn)行緩慢氧化而生成黑色磁性氧化鐵Fe3O4
3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2
1061應(yīng)用：而我們的ZS-1061除了高紅外輻射發(fā)射率這一特性之外，還具有的耐熱性、耐腐蝕性、耐磨性等特點(diǎn)，涂層的整體在水冷壁管外形成高致密性防護(hù)涂層，從而解決了水冷壁上的高溫腐蝕問題。
b.低溫腐蝕
低溫腐蝕是發(fā)生在鍋爐尾部受熱面（省煤器、空預(yù)器）的硫酸腐蝕，因?yàn)槲膊渴軣崦鎱^(qū)段的煙氣和管壁溫度較低，所以稱為低溫腐蝕。
低溫腐蝕常發(fā)生在空預(yù)器上，但是省煤器管也有可能發(fā)生低溫腐蝕。鍋爐尾部受熱面（省煤器、空氣預(yù)熱器）的硫酸腐蝕，因?yàn)槲膊渴軣崦鎱^(qū)哉的煙氣和管壁溫度較低。
燃料中的硫燃燒生成二氧化硫（S+O2→SO2）；
二氧化硫在催化劑的作用下進(jìn)一步氧化生成三氧化硫（2SO2+O2→2SO3）；
SO3與煙氣中的水蒸氣生成硫酸蒸氣。硫酸蒸氣的存在使煙氣的露點(diǎn)顯著升高。由于空氣預(yù)熱器下部空氣的溫度較低，預(yù)熱器下部的煙氣溫度不高，壁溫常低于煙氣露點(diǎn)。硫酸蒸氣會(huì)凝結(jié)在預(yù)熱器受熱面上，造成了硫酸腐蝕。
低溫腐蝕常發(fā)生在空氣預(yù)熱器上，但是當(dāng)燃料含硫量較高，過量空氣系數(shù)較大，以致煙氣中SO3含量較多，露點(diǎn)較高，且給水溫度較低（如高壓給水加熱器停用）時(shí)，省煤器管也有可能發(fā)生低溫腐蝕。
2)水側(cè)腐蝕
鍋爐爐管也會(huì)由于水側(cè)腐蝕導(dǎo)致爆管 , 水側(cè)腐蝕主要有鍋內(nèi)水局部濃縮引起的運(yùn)行中腐蝕 , 給水含氧引起的氧腐蝕和因應(yīng)力產(chǎn)生的苛性脆化等幾種�？列源嗷饕l(fā)生在脹接或鉚接鍋爐中, 大型電站鍋爐中較少見。
酸性腐蝕和堿性腐蝕
鍋內(nèi)水局部濃縮引起的運(yùn)行中腐蝕的過程可描述如下：爐水在管內(nèi)沉積物下面 、蒸發(fā)受熱面的縫隙以及爐管內(nèi)產(chǎn)生汽塞的部位發(fā)生局部的濃縮 , 產(chǎn)生濃酸或濃堿, 破壞爐管內(nèi)表的 Fe3O4 保護(hù)膜, 從而造成了爐管金屬表面被酸堿腐蝕, 可分別稱為酸性腐蝕和堿性腐蝕。
堿性腐蝕常發(fā)生在多孔沉積物下面 。由于在濃堿條件下氫離子少, 產(chǎn)生的氫且容易擴(kuò)散出去,不會(huì)滲入鋼中造成脫碳現(xiàn)象,坑下金屬的金相組織和機(jī)械性能都沒有變化, 金屬仍保持其延展性,爆管是由于腐蝕破壞使管壁減薄過熱鼓包所致 。
酸性腐蝕常發(fā)生在比較致密的沉積物下面 ,由于在濃酸條件下氫離子濃度高 ,生成的氫不容易擴(kuò)散出去,部分滲入到鋼中 ,和鋼中滲碳體 Fe3C 反應(yīng),金屬表面存在腐蝕坑 。大
5、 疲勞破壞
鍋爐爐管因啟�；蜇�(fù)荷變化受到交變熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力作用,同時(shí)由于管子和管內(nèi)工質(zhì)的重量 ,管子也承受著重力的作用, 當(dāng)管子因各種原因產(chǎn)生振動(dòng)時(shí) ,管內(nèi)應(yīng)力也發(fā)生周期性的變化 ,從而造成了爐管的熱疲勞和振動(dòng)疲勞。
1)振動(dòng)疲勞
振動(dòng)疲勞常由于支吊失效或布置不合理引起。
2)熱疲勞
熱疲勞可由于間斷性的蒸汽停滯或急冷引起的水側(cè)金屬周期性冷卻造成。吹灰時(shí)急冷或渣層間斷性地浸潤受熱面管也會(huì)造成溫度的周期性變化,導(dǎo)致爐管疲勞破壞, 在爐管外表面產(chǎn)生“大象皮膚狀”密布的多處橫向裂紋 。
3)腐蝕疲勞
鍋爐內(nèi)存在著各種腐蝕現(xiàn)象, 部件腐蝕介質(zhì)作用產(chǎn)生的疲勞破壞為腐蝕疲勞。腐蝕疲勞的爆口外表面或內(nèi)表層通常會(huì)有腐蝕層或氧化物層附著。
6 、焊接質(zhì)量和異種鋼焊接
焊縫質(zhì)量問題在我國四管爆漏中一直居高不下,以手工電弧焊為例, 易發(fā)生的缺陷為 : 咬邊、滿溢、焊瘤、內(nèi)凹( 塌腰)、未焊透、夾渣 、氣孔 、裂縫(包括熱裂縫、冷裂縫和再熱裂紋等),這些焊接質(zhì)量問題造成焊接部位產(chǎn)生應(yīng)力集中和接頭機(jī)械性能下降等問題, 致使焊口處成為薄弱部位而造成爆管 。
ZS-1041煙氣防腐涂料成膜物質(zhì)：是以無機(jī)聚合物為主的互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物作為成膜物質(zhì)，溶液中含硅無機(jī)聚合物作為主鏈，高溫嫁接有機(jī)聚合物改性樹脂，得到交替排列組成的多嵌段嫁接無機(jī)—有機(jī)螯合聚合物，成膜性好，附著力好，涂層光滑自潔，耐溫高，成膜致密。在管外壁涂刷ZS-1041煙氣防腐涂料可以延長使用壽命至少5年以上。
zs-1061耐高溫遠(yuǎn)紅外輻射涂料是一種耐高溫、強(qiáng)輻射和熱吸收率、耐蝕性和高耐磨性的特種功能節(jié)能涂料，涂料采用納米分散合和水性陶瓷螯合成技術(shù)經(jīng)加工而成，在高溫窯爐、爐膛內(nèi)襯上形成致密陶瓷輻射涂層，涂層優(yōu)化窯爐、爐膛熱能利用。涂刷在水冷壁、冷卻管、裂解管等受熱物體表面，提高物體表面熱吸收系數(shù)，縮短受熱物體加熱時(shí)間，由原來熱吸收系數(shù)0.5左右提高到0.9.
