重慶市特種設(shè)備檢測(cè)研究院 戴 勇 陳守良 北京金谷遠(yuǎn)見(jiàn)科技有限公司 李 暉 臧傳臚 中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院 劉 杰 劉 濤

某電廠(chǎng)5號(hào)鍋爐為東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司生產(chǎn)的DG3110/26.15-II2型超超臨界壓力直流鍋爐，燃燒方式為室燃+前后墻對(duì)沖燃燒，∏型鍋爐。該爐自投產(chǎn)到2015年3月份累計(jì)運(yùn)行小時(shí)數(shù)約1.6萬(wàn)h。該爐低溫再熱器管（以下簡(jiǎn)稱(chēng)低再管）為SA-213T23材質(zhì)，尺寸規(guī)格為φ50.8mm×4.5mm，設(shè)計(jì)壓力為6.3MPa，腐蝕區(qū)域低溫再熱器管最高設(shè)計(jì)平均壁溫為592℃。停機(jī)檢修發(fā)現(xiàn)距頂棚下方約7米范圍內(nèi)、左數(shù)第70排開(kāi)始連續(xù)的29排低再管（垂直段）外壁存在較嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。對(duì)此，本文作者對(duì)該鍋爐低溫再熱器管外壁腐蝕的原因進(jìn)行分析。

1 試驗(yàn)方法

查閱該鍋爐及低溫再熱器管所屬系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)資料，自2013年11月至2015年3月停爐檢修，低再出口段外壁壁溫高于620℃的累計(jì)時(shí)長(zhǎng)約1540小時(shí)，其中累計(jì)約20h 溫度高于630℃。根據(jù)TSG 11-2020《鍋爐安全技術(shù)規(guī)程》以及相關(guān)要求T23的壁溫不應(yīng)超過(guò)600℃，其余未發(fā)現(xiàn)異常情況。

對(duì)低溫再熱器管腐蝕嚴(yán)重區(qū)域進(jìn)行割管取樣，具體割管位置為：左數(shù)第80屏前數(shù)第2根距頂棚2300mm 處（編號(hào)為80-2）、左數(shù)第91屏前數(shù)第1根上數(shù)第1個(gè)固定塊下方160mm 處（編號(hào)為91-1）、左數(shù)第93屏前數(shù)第1根距頂棚2000mm 處（編號(hào)為93-1），長(zhǎng)度均為500mm，并進(jìn)行下列試驗(yàn)與分析：在光學(xué)顯微鏡下觀(guān)察組織；化學(xué)成分分析選用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法；力學(xué)性能利用100kN AG-IC 材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試；采用掃描電鏡及能譜儀觀(guān)察和分析腐蝕層。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

宏觀(guān)檢查：在腐蝕具有代表性的位置取樣，管樣外壁表面存在剝落且為紅黑兩色，如圖1所示。圖2所示為樣管橫截面，可以看出管樣壁厚均勻、壁厚無(wú)明顯減薄，實(shí)測(cè)壁厚最小值為3.1mm，大于最小需要壁厚2.9mm 的要求。管樣內(nèi)壁存在均勻致密的氧化層。

圖1 樣管表面局部形貌

圖2 樣管橫截面形貌

化學(xué)成分：表1所示為管樣的化學(xué)成分分析結(jié)果，可以看出管樣的各元素含量均符合ASME SA-213中關(guān)于T23的規(guī)定。

表1 樣管化學(xué)成分分析結(jié)果（wt%）

拉伸性能：管樣拉伸性能測(cè)試結(jié)果如表2所示。可看出80-2管（即左數(shù)第80屏前數(shù)第2根管，以下同此）、91-1管、93-1管的屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度已經(jīng)低于標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

表2 樣管常溫力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

組織形貌：圖3所示為樣管外壁腐蝕層截面形貌。結(jié)合圖1可以發(fā)現(xiàn)，腐蝕層紅色區(qū)域的腐蝕層緊密依附在金屬基體表面，保護(hù)著金屬基體；黑色區(qū)域的金屬晶粒的晶界寬度增大明顯，存在明顯腐蝕的現(xiàn)象，并呈現(xiàn)一種向金屬基體內(nèi)部繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。圖4為樣管金屬基體組織照片。基體組織為回火貝氏體，晶界上分布著呈鏈狀的析出物，T23低再管組織明顯老化。經(jīng)能譜分析，晶界處的析出物主要包含鐵、碳、鉻、鎢等元素，均易于與碳結(jié)合形成碳化物。這說(shuō)明了T23低再管壁溫高于600℃，金屬基體中的碳化物形成元素就會(huì)沿晶界形核長(zhǎng)大并呈斷續(xù)網(wǎng)狀分布，明顯地減弱了T23低再管的拉伸性能。

圖3 外壁腐蝕層截面形貌（樣管80-2）

圖4 金屬基體組織形貌（樣管80-2）

腐蝕產(chǎn)物：圖5所示為樣管外壁腐蝕產(chǎn)物的SEM 照片。圖5a 中紅色區(qū)域的腐蝕形成物微觀(guān)形貌為短桿連接的球形，主要元素為氧、鐵、硅、鋁等；圖5b 中黑色區(qū)域的腐蝕形成物的微觀(guān)形貌為團(tuán)簇狀，主要元素為鐵、氧、鉻等。通過(guò)元素面分布掃描，進(jìn)一步確定了紅色區(qū)域的最外層為鍋爐管防銹涂層、次外層為含鐵鉻的氧化物，黑色區(qū)域的金屬基體晶界處亦為含鐵鉻的氧化物。

圖5 腐蝕產(chǎn)物SEM 照片

該防銹層的目的就是為了防止低再管在高溫下被氧化腐蝕。而防銹層在高溫下的線(xiàn)膨脹系數(shù)與低再管的金屬存在差別較大，進(jìn)而在二者界面產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致剝落。這樣裸露出來(lái)的低再管金屬基體便繼續(xù)被氧化腐蝕，氧與鐵、鉻結(jié)合形成黑色腐蝕區(qū)域。根據(jù)GB/T 30579-2014《承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別》，此類(lèi)表面防銹層脫落導(dǎo)致基體金屬的氧化屬于腐蝕減薄損傷模式中的高溫氧化腐蝕。

綜上所述，該鍋爐低再管的外壁防銹層在運(yùn)行過(guò)程中與其金屬基體產(chǎn)生不一致的線(xiàn)膨脹而剝落，金屬基體裸露繼續(xù)被氧化腐蝕。同時(shí)加上長(zhǎng)時(shí)間的超溫，使得低再管金屬基體組織劣化、性能降低。根據(jù)GB/T 30579-2014《承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別》，該鍋爐低再管外壁腐蝕的主要損傷模式是高溫氧化腐蝕。

3 結(jié)語(yǔ)

該電廠(chǎng)低再管的外壁防銹層在運(yùn)行過(guò)程中與其金屬基體產(chǎn)生不一致的線(xiàn)膨脹而剝落，金屬基體裸露繼續(xù)被氧化腐蝕。同時(shí)加上長(zhǎng)時(shí)間的超溫，使得低再管金屬基體組織劣化，性能降低。