劉海亮（福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院寧德分院，福建 寧德352100）

1 噴嘴腐蝕開裂形貌與取樣情況

文章通過實(shí)際檢測某工廠100t/h燃?xì)忮仩t燃燒器不銹鋼噴嘴運(yùn)行情況，得到該工廠所應(yīng)用的噴嘴材質(zhì)為ASMESA312TP310S，在長時(shí)間的運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)鍋爐燃?xì)馊紵鞑讳P鋼噴嘴在其彎曲的一側(cè)出現(xiàn)開裂問題，裂紋寬度為20mm，嚴(yán)重降低鍋爐燃?xì)馊紵鞴ぷ髻|(zhì)量，不銹鋼噴嘴腐蝕情況如下圖1、圖2所示。

圖1 噴嘴彎管一側(cè)封閉端開裂形貌

圖2 噴嘴彎管嚴(yán)重腐蝕部位

在不銹鋼噴嘴沒有出現(xiàn)裂紋的一側(cè)，割取光譜和拉伸；對于出現(xiàn)腐蝕、開裂區(qū)域采取割取金相和端口措施，為后期的對比試驗(yàn)提供對比數(shù)據(jù)。

2 化學(xué)成分分析

為了得到有效鍋爐燃?xì)馊紵鞑讳P鋼噴嘴出現(xiàn)腐蝕開裂的原因，需要對出現(xiàn)問題的噴嘴開展化學(xué)成分分析工作。在實(shí)際檢測過程中，檢測人員需要嚴(yán)格遵循化學(xué)檢測標(biāo)準(zhǔn)，并利用固定式全譜直讀光譜儀得到準(zhǔn)確的噴嘴化學(xué)成分。通過分析化學(xué)結(jié)果，可知該噴嘴的化學(xué)材質(zhì)符合初始標(biāo)準(zhǔn)。

3 機(jī)械性能試驗(yàn)

在檢測鍋爐燃?xì)馊紵鞑讳P鋼噴嘴過程中，還需要開展不銹鋼噴嘴機(jī)械性能試驗(yàn)。在開展試驗(yàn)前，試驗(yàn)人員要根據(jù)檢測規(guī)范，對不銹鋼噴嘴彎管材料進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，其抗拉強(qiáng)度和常溫屈服強(qiáng)度符合使用標(biāo)準(zhǔn)，在對出現(xiàn)腐蝕和斷裂的彎管進(jìn)行檢測，得到彎管伸長率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常值；在拉伸試驗(yàn)結(jié)束后，不銹鋼噴嘴彎管材料沒有出現(xiàn)縮頸情況，并且出現(xiàn)開裂的區(qū)域展現(xiàn)出脆性斷裂特征。

4 金相組織觀察

檢測人員需要對圖1 處出現(xiàn)開裂位置的彎管材料，并對其進(jìn)行磨制、拋光和侵蝕處理，然后在將其放置到觀察鏡下，發(fā)現(xiàn)該開裂區(qū)域的彎管存在著結(jié)焦附著物和滲碳層。通過增加顯微鏡倍數(shù)來提高觀察系數(shù)，再次觀察，能夠發(fā)現(xiàn)彎管內(nèi)部結(jié)焦附著物呈現(xiàn)塊狀，并以連續(xù)網(wǎng)狀存在，遠(yuǎn)離彎管內(nèi)部的結(jié)焦附著物主要以斷續(xù)鏈狀存在，并且滲碳層出現(xiàn)縮小趨勢；結(jié)焦附著物內(nèi)部存在著大量的碳化物物質(zhì)，如圖3所示。通過細(xì)致觀察，可知越靠近彎管內(nèi)部碳化物物質(zhì)的含量就越高，其內(nèi)部滲碳層的深度對比于外部滲碳層厚度下降，所出現(xiàn)的晶界物質(zhì)數(shù)量降低。對圖2出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕情況的彎管進(jìn)行取樣觀察，先將彎管外部進(jìn)行磨制和拋光，然后通過顯微鏡進(jìn)行檢查，可知彎管嚴(yán)重腐蝕區(qū)域的晶界氧化程度較大，并且內(nèi)部出現(xiàn)大量的碳化物物質(zhì)；靠近彎管內(nèi)部區(qū)域的形狀較為類似，其氧化程度較輕。

圖3 開裂部位橫截面靠近內(nèi)壁的金相組織

5 SEM形貌觀察及能譜分析

為了得到更加準(zhǔn)確的鍋爐燃?xì)馊紵鞑讳P鋼噴嘴腐蝕開裂的原因，檢測人員還應(yīng)當(dāng)將出現(xiàn)腐蝕情況的彎管進(jìn)行SEM形貌觀察，以此得到準(zhǔn)確的原因。在實(shí)際運(yùn)行過程中，檢測人員需要先對出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕問題的彎管進(jìn)行取樣，然后將其處理后，通過電鏡觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)彎管內(nèi)部存著較多的裂紋和空隙；對其中出現(xiàn)的碳化物析出相和奧氏體集體進(jìn)行分析，能夠發(fā)現(xiàn)彎管滲透層的主要由各類元素構(gòu)成，其中Cr 元素占比為41.5%、基體元素占比為22.8%，而Ni 元素僅占比0.8%、碳化物由于結(jié)合晶界物質(zhì)并消耗大量的Cr 元素，含量較低，占比為1.7%；對碳元素進(jìn)行能譜分析，可知C元素在彎管基體和碳化物中含有較大的比例；對出現(xiàn)腐蝕和開裂區(qū)域的結(jié)焦物進(jìn)行分析，可知其內(nèi)部含量大量的C 元素、O 元素和Fe 元素。而Cr、Ni 元素占比率都下降到0.5%以下，但是在這其中還檢測到有毒物質(zhì)。

6 分析

通過對100t/h燃?xì)忮仩t燃燒器不銹鋼噴嘴實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行分析，可知其運(yùn)行過程中，出口溫度能達(dá)到1300℃，而不銹鋼噴嘴處溫度不低于850℃，向其中投入的燃料成分主要有甲烷和丙烯、異丁烷等烴類物質(zhì)。當(dāng)運(yùn)行過程中，燃料在鍋爐燃燒器內(nèi)部出現(xiàn)流動(dòng)不穩(wěn)定情況后，再加上內(nèi)部溫度分布不均勻，會(huì)導(dǎo)致不銹鋼噴嘴處受熱不同，出現(xiàn)不同程度的結(jié)焦情況，高溫結(jié)焦物會(huì)隨著氣體的流動(dòng)而聚集到不銹鋼噴嘴彎管處，進(jìn)而會(huì)造成不銹鋼噴嘴出現(xiàn)腐蝕和開裂問題。

7 結(jié)語

綜上所述，通過實(shí)際分析燃?xì)馊紵鲊娮扉_裂情況，可知出現(xiàn)不銹鋼噴嘴腐蝕和開裂的原因主要為高溫結(jié)焦。當(dāng)出現(xiàn)結(jié)焦后，在高溫狀態(tài)下，會(huì)出現(xiàn)高溫滲碳情況，進(jìn)而出現(xiàn)噴嘴腐蝕問題。因此在未來鍋爐燃?xì)馊紵靼l(fā)展過程中，需要合理使用燃燒材料，盡可能降低對液體烴類的使用量，并保證氣體流動(dòng)的穩(wěn)定性，避免不銹鋼噴嘴彎道局部過熱，從而提高鍋爐燃?xì)馊紵鞴ぷ髻|(zhì)量。