水冷壁管（精选8篇）
水冷壁管 篇1
一、概述
河南省中原大化集团有限责任公司3#炉是YG-130/11.5-M型循环硫化床锅炉, 2004年12月安装开始运行, 期间数次结焦停炉。2011年1月16日、2月7日发生水冷壁两次爆管, 事故照片如图1所示。
二、受损水冷壁管的位置分布
2011年1月16日及2月7日的两次水冷壁爆管均发生在卫燃带上方约600 mm处, 此处属热负荷较高的部位, 说明热负荷对腐蚀有一定的影响。其正下方是漏煤口, 水冷壁管道在漏煤口处绕行, 这样势必造成水循环不良。两次爆管的统计见表1。
三、爆口的宏观检查与微观组织分析
1. 宏观检查。
水冷壁管爆口的宏观形貌见图1, 爆口位于向火侧, 呈矩形状, 两次爆管的3根水冷壁管分别是52#、54#、55#, 爆管的破口形貌非常相近, 两次爆口的特征见表2。3根管子的爆口均呈粗糙的脆性断裂, 无明显胀粗, 爆口均发生在向火侧。爆口处管壁内表面存在较多的腐蚀产物, 爆口边缘内表面腐蚀减薄。
2. 微观组织分析。
在显微镜下进行分析发现该试样向火侧水冷壁内壁的金相组织为铁素体、少量碳化物和大量晶间裂纹, 珠光体已经基本消失, 表明存在明显的脱碳现象 (图2a) ;向火侧管子壁厚的中间部位金相组织为铁素体和珠光体, 晶界之间有晶间裂纹, 裂纹附近的珠光体有脱碳现象 (图2b) ;在向火侧靠近水冷壁管外壁的金相组织为铁素体、珠光体和碳化物 (图2c) ;背火侧的水冷壁管金相组织为铁素体和珠光体 (图2d) 。
四、力学性能试验分析
在距爆口30~250 mm处取样进行力学性能试验, 力学性能试验数据 (σs表示抗拉强度、δ5表示伸长率、Ψ表示收缩率) 结果见表3。从金相分析结果来看, 爆破口区附近存在明显的脱碳现象并且伴有沿晶裂纹, 但是在爆破口附近部位的材料力学性能未发现下降。
五、材质分析
采用定量光谱分析仪, 对水冷壁管进行化学成分定量元素分析, 分析结果显示, 试样的化学成分符合20 g钢的技术条件要求 (标准GB5310-95) , 水冷壁管的化学成分见表4。
六、机理分析
送样水冷壁管的爆破口部位的宏观、化学成分、金相组织、及爆破口附近金属材料的力学性能均符合20 g的技术条件要求。因此, 这两次爆管的原因不是超温而引起的。但是, 由于爆口处的珠光体形态在金属组织中明显, 珠光体球化级别不高, 金属组织裂纹沿晶界由内向外发展, 并且裂纹附近的珠光体组织有明显的脱碳现象。在向火侧管子的内壁有大面积腐蚀区域, 该部位金属组织脱碳现象更为突出。送检的三根爆管附近向火侧的水冷壁内壁均存在严重的溃疡状腐蚀坑, 而且向火侧比背火侧的管壁薄, 在腐蚀坑底部基本没有腐蚀产物的附着。结合水冷壁管爆口的宏观形貌及微观金属组织分析, 比较符合沉积物下碱性腐蚀的特征而导致的脆性开裂。在锅炉正常运行条件下, 水冷壁管内金属表面上常覆盖着一层致密的金属氧化膜 (Fe3O4膜) , 使锅炉不容易遭到腐蚀, 金属氧化膜是表面金属在高温炉水中形成的。
正常情况下炉水的pH值保持在9~11之间, 而锅炉水冷壁管内表面金属保护膜是稳定的, 很难发生腐蚀。但是, 当水冷壁管内金属表面上附着有沉积物时, 金属表面的稳定性就会被破坏。由于沉积物的导热性能较差, 当沉积物下金属管壁温度升高时, 渗透到沉积物下面的炉水就会发生急剧的浓缩。浓缩的炉水由于受到沉积物的阻碍, 不容易和处于水冷壁管中的炉水混合, 在沉积物下炉水中各种杂质的浓度变得很高, 这些浓缩溶液具有很强的腐蚀性, 使水冷壁管表面金属遭到腐蚀。
当浓缩的炉水pH值大于13时, 金属表面的Fe3O4保护膜溶于浓缩的炉水溶液中而遭到破坏。
当保护膜被破坏后, 由于向火侧附属沉积物下金属管壁温度相当高, 沉积物下浓缩水和水冷壁管中炉水比较, 沉积物下OH-浓度高、H+浓度低, 水冷壁管中H+浓度高、OH-浓度低, 浓度差使附属沉积物下铁电位降低而作为阳极遭到腐蚀;而在较少附属沉积物的背火侧管壁上发生氢去极化腐蚀, 反应生成的氢可以很快地进入汽水混合物而被带走, 所以一般不会造成氢损伤。
八、爆管原因
炉水中游离的NaOH在这些包括氧化铁附属物、硅酸盐和钙镁附属物为主的多孔沉积物下因炉水浓缩而形成很高浓度的OH-, 使水冷壁管金属发生沉积物下碱性腐蚀。随着腐蚀坑加深, 管壁逐渐减薄, 管道能够承受的应力将逐步减小, 最终导致爆管。水冷壁管内沉积物生成的速度与水冷壁管承受的热负荷有关。锅炉卫燃带以下水冷壁管向火侧, 由于热负荷较大, 附属沉积物积累较快, 沉积物下碱性腐蚀速度加快, 所以卫燃带下方是爆管事故频发部位。另外, 由于该爆管位于给煤口上方, 水循环不良, 容易产生湍流。爆管水冷壁又在两处排污口的中间部位, 排污薄弱部位。
九、处理措施及建议
1. 改造除氧器及加强岗位管理。加强给水溶解氧的化验, 同时要加强化验岗位与除氧岗位相互配合, 根据化验结果及时调整除氧器运行状态, 确保给水溶解氧符合要求。
2. 严格控制锅炉炉水水质。根据化验的结果及时调整加药量及排污量;尽快消除设备所存在的缺陷。
3. 加强员工岗位技术培训, 定期检查化验设备, 更新药品, 提高化验结果的准确性。
水冷壁管 篇2
关键词：水冷壁；螺旋段；吹损；磨损；鼓包；裂纹
中图分类号：TK223.31 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）27-0084-02
1 设备概况
某电厂一期工程装机容量2×600 MW，锅炉为上海锅炉厂生产的超临界直流炉，水冷壁标高8 300～49 670 mm，采用螺旋管圈，上方为垂直管圈，高度约为23 m，过渡采用中间混合集箱，后墙水冷壁通过56根φ57.2 mm的光管作为悬吊管，支撑后墙的全部重量。
两台炉投产运行两年以来，锅炉水冷壁缺陷及泄漏多，造成停炉处理1次，具体情况，见表1。
2 水冷壁管缺陷及泄漏分析
2.1 后墙中间集箱出口垂直段水冷壁管焊缝裂纹
#1炉整启期间，泄漏主要为背火侧横向裂纹，168过后停炉消缺结束水压试验中发现泄漏主要为向火侧纵向裂纹，裂纹均是从鳍片处开始沿熔合线或焊缝金属扩展，裂纹萌生于内壁焊缝根部的熔合线处，并自内壁向外壁扩展直至穿透整根管子。
水压试验中泄漏的焊缝剖开检查，焊缝根部宽度和凸出高度较大，个别错口量较大，可能管子焊接时间隙较大，或存在强力对口，打底时焊接速度下降，焊丝停留时间延长，熔池金属温度升高，出现淬硬性组织和产生局部应力升高现象。
金相试验结果表明，焊缝裂纹附近出现贝氏体+马氏体组织，也说明焊接过程中熔池金属温度较高，且焊后冷却速度较快，焊缝出现淬硬性组织，硬度值明显偏高。
从结构上看，后墙中间集箱出口垂直段水冷壁高度仅1 009 mm，上部为折焰角，受炉膛负压、温度波动等影响大，焊缝处鳍片密封焊道大且厚，导致焊缝处壁温升高，冷却时收缩应力增大，另在不同工况下此处壁温波动大，交变热载荷导致焊缝承受热疲劳作用，同时固定水冷壁鳍片的拉筋拘束了水冷壁管自由膨胀，致使应力增大，螺旋段水冷壁管重量通过张力板传递使复合应力进一步增大，更易在薄弱位置萌生疲劳裂纹。
2.2 垂帘管爆破
#1炉垂帘管爆漏处张口较大，边缘明显减薄，最薄处厚度约1 mm。爆口附近较长范围内管子明显胀粗，氧化皮厚约0.2 mm且表面有许多平行的纵向开裂，管子具有短时过热爆管特征。
管子理化试验分析正常，爆口边缘的金相组织变形明显拉长，珠光体球化3级，爆口末端2级，表明管子发生过热的时间不长，过热的温度较高。
爆口最大处有一块缺口，缺口处断口表面呈脆性特征，断口边缘有一处分层，且有一条长约10 mm层间裂纹自分层处沿周向扩展，同时，在爆口末端也有一处周向裂纹，爆口处存在制造缺陷。
同时，管子壁厚存在不均匀现象，在距离爆口约300 mm处测量管子壁厚，爆口侧为5.0 mm，另一侧为6.0 mm。
结构上分析，后墙上部水冷壁管束长，折焰角处弯头多，水阻大，流量容易分配不均，易超温变形，特别是30%MCR负荷干湿转换以及在相当于此负荷下保持运行时，温差更大，而扭曲变形造成水阻和对流传热进一步加大。
2.3 底部水冷壁管弯头内弧侧裂纹
#1炉水压试验后放水过程中底部集箱出口水平段往螺旋段水冷壁弯头泄漏，从外观看泄漏点位于弯头内弧侧鳍片角焊缝边缘，有3 条裂纹，开口狭小，走向与鳍片焊缝一致，管子具有热疲劳损伤特征。
管子内壁无明显结垢和局部腐蚀，化学成分分析与拉伸性能试验结果均符合要求，金相组织与远离裂纹处的基本一致，珠光体无明显球化。
金相观察管子上的裂纹起始于外壁鳍片角焊缝的熔合线处，扩展过程中出现多条分支裂纹，结构上分析，该管子鳍片分别与前墙、左墙水冷壁连接，当两墙热胀冷缩不一致或局部受阻时，拐角连接处易受到拉应力作用开裂，同时机组启停或温度急变中承受交变热应力作用，而鳍片角焊缝熔合线处于结构上的应力集中部位，也是材质的薄弱部位，因此首先在该部位萌生裂纹源，热应力交变过程中裂纹沿着与主应力垂直的方向缓慢扩展，经多次热循环，裂纹扩展最终穿透管壁。
2.4 吹灰器吹损
#1、2炉水冷壁管吹损部位基本集中在吹灰器右下角，应跟起吹角度自投产来未调整过有直接关系，同时部分喷嘴中心距水冷壁向火面距离过小，加剧了吹损。
对蒸汽、疏水管道检查发现，部分管段坡度不足，管路系统存在焊渣、铁锈等杂物。
从运行方式看，自投产来，压力设定偏高，投运也过于频繁，疏水时间不足，程序不合理。
2.5 磨 损
部分燃烧器、风门和SOFA辅助风门摆角偏差大，部分燃烧器摆角执行机构卡涩，火焰偏斜，各看火孔处耐火浇筑料脱落较严重，也存在变形无法关严现象。
2.6 鼓 包
#1、2炉水冷壁管鼓包数量都有上百根，分布广，无规律性，但同一部位的鼓包则呈现规律性，沿一直线方向，#1炉只在螺旋段存在，#2炉在前墙垂直段也有。
金相组织分析，#1炉金相组织无变化，#2炉两根受检水冷壁管鼓包处的金相组织晶粒度明显较细，部分珠光体形态呈细小集群分布，表明该部位的材料曾经受过高温（大于723 ℃）作用，导致组织发生不完全相变。
拉伸试验分析，#1炉的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率均符合ASME技术要求，#2炉的1根中有2段（共4段）抗拉强度略低于ASME技术要求，下屈服强度也接近技术要求。
3 水冷壁管泄漏预防
3.1 后墙中间集箱出口垂直段水冷壁管安装焊缝裂纹
①焊接时采取了严密的挡风措施。②修订了焊接工艺卡，制定了相应的焊接热处理工艺卡。③热处理结束后对焊缝及母材进行硬度检查。④新换管子间的密封不进行焊接，对已有的密封每间隔3根切开，在炉外制作密封盒内填保温材料。⑤按曲线控制启停炉速度，减缓运行中增减负荷速度。
3.2 垂帘管爆破
①对爆破管、吹损变形或减薄管进行更换。②每次停炉时对垂帘管扭曲变形进行检查处理。③规范受监材料出入库管理，修订相关规章制度。④垂帘管壁厚进行抽检，如存有壁厚明显不均的进行换管。⑤对进口集箱内部进行检查，并检查弯头和焊口是否存在节流现象。⑥机组正常启停中，避免在转态范围内停留时间长或负荷在此区间波动。⑦加强对温度偏差的监控，及时进行分析和调整。
3.3 底部水冷壁管弯头内弧侧裂纹
①泄漏管进行更换。②割开鳍片消除应力。③对泄漏部位附近检查是否存在结构上的异常或胀缩受阻现象。④大、小修时对#1、2炉同类型结构部位进行扩大检查，查看是否有裂纹存在。
3.4 吹灰器吹损
①对管壁吹损量大于15%的水冷壁管进行更换，#1炉14根、#2炉143根，吹灰器处1.5 m范围内进行超音速电弧喷涂。②对吹灰器垂直度进行调整，并在炉墙内部重新加填耐火可塑料。③对吹灰蒸汽、疏水管路进行坡度整改和吹扫。④逐步降低吹灰的压力。⑤调整起吹角度，每个季度进行一次。⑥调整喷口伸入距离。⑦进行编组和程序优化，减少吹灰的频次。
3.5 磨 损
①对磨损量大于15%的3根水冷壁管进行更换。②对看火孔处浇筑料进行修复，变形或损坏的看火孔门进行更换。③机组检修时，运行人员参与燃烧器调试及验收。④定期进行一、二次风标定和一次风调平工作。
3.6 鼓 包
①加强燃烧调整，避免火焰中心偏移和火焰刷墙。②加强运行中壁温、水质等监控工作，及时调整煤水比，及时进行凝汽器查漏等消缺工作。③做好垢样、鼓包的跟踪记录与分析，并跟踪割管分析管材的金相组织及机械性能，及时安排酸洗工作，必要时进行换管。
4 结 语
造成超临界机组锅炉水冷壁泄漏的原因很多，上述缺陷和泄漏只是某电厂锅炉运行初期出现的主要情况，随着水冷壁管的长期运行，必有新的损伤或隐患发生，在损伤或隐患发展到爆管泄漏以前及时发现，以及如何有效消除隐患和引起损伤的因素关键，也是一项长期、细致的工作，只在通过不断的摸索，齐心协力做好各个环节工作，才能保证水冷壁管的长期安全运行。
参考文献：
[1] 沈玉华.石洞口二厂1号炉水冷壁超温情况的分析与建议[A].全国火电大机组（600 MW级）竞赛第十届年会论文集[C].2007.
[2] 于程炜.超临界直流锅炉水冷壁爆管的特点及防治[A].火力发电厂锅炉“四管”泄漏预防与控制技术研讨会论文集[C].2006.
[3] 牟扬信.火力发电厂“四管”泄漏预防与检修管理技术和经验[A]. 火力发电厂锅炉“四管”泄漏预防与控制技术研讨会论文集[C].2006.
水冷壁管爆管原因分析及预防措施 篇3
1.1 宏观检查
水冷壁管发生破裂的部位都在浇注墙以上炉膛高温区, 该处温度最高约为1000℃, 管子虽然直接受高温烟气热辐射, 但绝大多数管子并未发生明显变形或胀粗的情况。水冷壁管开裂部位在鳍片与钢管连接处, 沿着管子长度方向有明显的蒸汽吹扫的痕迹, 管壁厚度有逐渐减薄的趋势。从钢管里面来看, 内表面比较光滑, 未发现明显的腐蚀痕迹和结垢现象。
1.2 材料复验
水冷壁管的材料为20G, 在破裂的水冷壁管上取样进行材料分析, ω (C) =0.18%、ω (Si) =0.21%、ω (Mn) =0.21%、ω (P) =0.013%、ω (S) =0.011%。其化学成分符合GB/T699-1999中20G的技术要求。
1.3 水冷壁管金相组织分析
分别在水冷壁管的开裂、完好部位进行金相组织分析。图3~图4分别为上述二个个部位采集的金相组织照片。从图中可以看出, 金相组织并没有明显的蠕变倾向, 显微组织仍以铁素体和珠光体为主, 并无明显的球化倾向。初步断定水冷壁管不是因为过热引起的材质劣化。
2 原因分析
水冷壁管爆管的可能原因有:腐蚀结垢造成爆管、过热造成爆管、焊接质量不合格造成爆管等。图1看出水冷壁管开裂附近无明显塑性变形, 由图2得知, 管内壁无明显垢层和腐蚀坑形貌。金相组织未表现出球化特点。故排除腐蚀结垢造成爆管的可能性。
无论是长期过热还是短期过热造成的爆管, 实际壁温肯定要超出正常设计壁温, 材质易发生劣化, 金相组织势必要发生转变, 由图3~图4并未发现过热组织, 说明水冷壁管并未发生严重的超温运行。
爆管位置发生在水冷壁管与鳍片连接部位, 判定为原始焊接质量不合格, 存在未熔合或未焊透等缺陷, 导致水冷壁管有效承受载荷能力减小, 首先在鳍片位置开裂, 在锅炉压力尤其是高温水蒸气的热冲击持续冲刷下, 水冷壁管逐渐减薄, 如图1显示管外壁清晰显示沟槽状类似蒸汽吹扫的痕迹, 最终致使水冷壁管发生爆管。
3 防范措施
3.1 保证水冷壁管自身焊接质量, 以及水冷壁管与鳍片之间的焊接质量。
3.2 加强锅炉用水处理的管理工作, 严格执行水处理工艺, 使锅炉水质符合GB1576-2008《工业锅炉水质》标准要求, 防止锅炉结垢。
3.3 严格执行锅炉安全运行操作规程, 使锅炉受压元件温度变化缓慢, 并严禁锅炉超温运行。
3.4 锅炉定期排污, 及时排除锅炉内的散垢渣滓。
参考文献
[1]荆强征.锅炉水冷壁管爆管原因分析[J].2011年特种设备安全与节能学术交流会
[2]窦照英.承压设备失效分析与处理[M].北京:化学工业出版社, 2002
[3]林宗虎.锅炉手册[M].北京:机械工业出版社, 1989
循环流化床锅炉水冷壁管防磨措施 篇4
根据循环流化床锅炉燃烧特点, 分析发现炉内灰渣颗粒浓度分布不均或炉膛出口烟气转向横向冲刷是水冷壁管出现偏磨的原因, 提出了针对水冷壁管出现偏磨需采取的导流板防磨技术措施, 同时在运行调整上采取措施使炉内灰渣颗粒浓度分布均匀以防止水冷壁管出现偏磨, 这些方法的应用, 收到良好效果。
一、水冷壁管偏磨的现象
循环流化床锅炉由四面垂直墙 (管子) 组成的垂直水冷壁 (管排) 是锅炉重要的受热面, 是保证CFB锅全高效运行的重要部件。现行的循环流化床锅炉内四面垂直水冷壁 (墙) 由受热面管子与在管子间设置的扁钢焊接成管排, 学名称膜式水冷壁, 俗称鳍片 (式) 水冷壁;膜或鳍片指的就是焊在水冷壁管子间的扁钢。水冷壁管出现偏磨的现象表现在:在一定标高区域垂直方向2~3m, 水平方向2~5m范围内的水冷壁管子在同一侧出现不同程度的磨损 (右侧或左侧) , 而在另一侧几乎没有磨损。
水冷壁管出现偏磨的区域一般发生在炉膛中部或炉膛出口烟气转向部位。运行中的循环流化床锅炉出现水冷壁管偏磨的状况时技术人员用现有技术手段是无法知道和判断的, 随着锅炉的长期运行, 磨损会越来越严重, 对锅炉正常运行危害极大, 甚至会泄漏而被迫停炉。
二、水冷壁管偏磨的机理
水冷壁管只有被含尘烟气横向 (水平方向或者斜向) 冲刷才会出现偏磨的现象。含尘烟气主要包含高浓度的细小灰渣颗粒, 高浓度的细小灰渣颗粒水平方向或者斜向冲刷水冷壁管半个侧面, 出现偏磨的现象。不同部位的偏磨现象分析如下。
(1) 炉内灰渣颗粒浓度分布不均匀。在炉膛内在重力作用下灰渣颗粒会从浓度大的地方往浓度小的地方扩散, 这样就产生了灰渣颗粒沿水平方向或者斜向对垂直水冷壁管的冲刷, 因为是有方向性的冲刷就导致了水冷壁管偏磨的现象。炉内灰渣颗粒浓度分布不均匀的原因是由于多个给煤口的给煤不均, 另一个原因是多个返料口的返料不均;给煤不均导致烟气中所携带的煤燃烧后的灰颗粒浓度不均, 返料不均导致烟气中所携带的返料灰浓度不均。
(2) 炉膛出口烟气转向横向冲刷水冷壁管。在炉膛中下部烟气流向是垂直向上对垂直水冷壁管而言是顺向流动, 磨损不大;烟气走到炉膛出口附近会产生水平或斜向运动, 烟气被收缩和加速, 就产生了烟气中的灰渣颗粒沿水平方向或者斜向对炉膛出口附近垂直水冷壁管的冲刷, 因为是有方向性的冲刷就导致了水冷壁管偏磨的现象。
三、防止水冷壁管偏磨的措施
(1) 大力推广激光熔覆复合耐磨水冷壁管子的使用, 特别是对哪些磨损严重的水冷壁管子需要更换成新管子时要尽量采用激光熔覆复合耐磨水冷壁管。激光熔覆复合耐磨水冷壁管壁表面与0.5mm厚的耐磨层是冶金熔合永不脱落, 除非被磨损掉, 复合耐磨层耐磨3~5年, 3年内不会出现磨损泄漏。如图1所示, 左侧4根水冷壁管子是已经更换成的激光熔覆复合耐磨水冷壁管。
(2) 推广导流板防磨技术, 即在每两个水冷壁管子间的鳍片上垂直焊接扁钢, 长度覆盖出现偏磨的区域。导流板厚度6~8mm, 宽度35~40mm, 导流板的材质选择耐热耐磨钢, 导流板两侧满焊 (务必注意不要点焊) 。导流板有增大锅炉蒸发量的作用所以不要大面积的焊接导流板, 导流板覆盖区域超过水冷壁管偏磨区域即可。如图2所示。
(3) 在运行调整上使各个给煤机给煤量基本一致, 给煤均匀就可使炉内灰渣颗粒浓度分布均匀从而减轻水冷壁管偏磨。
(4) 在运行调整上使排渣均匀和布风均匀, 有利于炉内烟气中的灰颗粒浓度均匀从而减轻水冷壁管偏磨。
(5) 在运行调整上使两侧返料器的返料风压和返料风量及料腿料位基本一致, 有利于炉内烟气中的灰颗粒浓度均匀从而减轻水冷壁管偏磨。
通过以上措施, 水冷壁管偏磨大大减轻, 收到良
摘要：分析了锅炉水冷壁管出现偏磨的原因, 介绍针对防止水冷壁管出现偏磨需采取的导流板防磨技术措施, 提出在运行调整上的防止水冷壁管出现偏磨的方法。方法简便实用, 防磨效果明显。
关键词：循环流化床锅炉,水冷壁管磨损,对策
参考文献
[1]岑可法等.循环流化床锅炉原理设计及运行[M].中国电力出版社, 1998.
水冷壁管 篇5
关键词：循环流化床锅炉,水冷壁管,冲击磨损
引言
随着工业活动的增加, 环境正在逐渐变差, 我国环保要求逐渐严格。但是燃煤锅炉仍是工业锅炉的主导产品。而中小型循环流化床锅炉因具有高效洁净燃烧各种劣质煤的特点, 这几年在我国得到了广泛的应用。可是, 由于循环流化床结构特点, 受热面磨损不可避免。本文对此进行分析并提出解决办法。
1 锅炉基本情况
商丘市东震纸业有限公司的锅炉为双锅筒横置式循环流化床锅炉 (型号为SHX20-2.5-W) , 采用旋风分离器组成循环燃烧系统, 炉膛四周布置水冷壁管, 旋风分离器尾部设上下锅筒对流管束、省煤器、空气预热器。锅炉在运行半年后, 在锅筒对流管束的水冷壁管发现有泄漏, 造成被迫停炉检修, 由于生产紧迫, 只对泄漏的水冷壁管进行上下闷堵。2个星期后, 又发生水冷壁管泄漏情况。严重影响生产, 造成了重大的经济损失。
2 磨损机理
2.1 水冷壁管的磨损机理
2.1.1 冲击磨损
当固体颗粒沿垂直方向冲击受热面管子时, 管子表面出现塑性变形或产生显微裂纹。比如炉膛出口侧水冷壁, 引起物料撞击方向与速度不一样, 其磨损程度沿前面方向和烟道上下高差分布不一样, 越接近出口磨损越严重, 越靠近上不越严重, 与出口烟道相齐位置最严重。当烟气从旋风分离器出来进入烟道时, 上部烟速最高, 携带的物料浓度最大, 对一、二排水冷壁管上部磨损也最严重。
2.1.2 切削磨损
当固体颗粒以与受热面平行的方向, 高速冲刷管子时, 对管子表面产生刨削作用, 使管壁变薄。比如水冷壁管连接的焊口、筋片, 耐火材料接缝处的凹起凸起处。
2.13.接触疲劳磨损
气流横向冲刷管子时, 管子背面形成涡流, 固体颗粒在涡流处对管子背面产生的磨损
2.2 耐火材料的磨损机理
2.2.1 热应力和热冲击造成的破坏
温度循环波动和热冲击以及机械应力造成耐火材料产生裂缝和剥落, 当温度循环波动时, 耐火材料骨料和粘合料之间热膨胀系数不同而形成内应力从而破坏耐火材料层。温度快速变化造成的热冲击可使耐火材料内的应力超过抗拉强度而剥落。
2.2.2. 固体物料的冲刷造成的破坏
由于物料以一定的角度对耐火材料的冲刷而造成耐火材料的磨损, 耐火材料的磨损随冲击角的增大而增大。循环流化床锅炉内耐火材料易磨损区域包括边角去、旋风分离器和固体物料回送管。
3 锅炉水冷壁管磨损、泄漏原因分析
锅炉水冷壁管泄漏, 停炉后, 经内窥镜检验, 两次泄漏的水冷壁管均靠近旋风分离器侧。由于上下锅筒对流管束密集, 非常不易观察泄漏具体位置。不得已进行割管检验。查看泄漏处发现是由于冲击磨损造成的一处宽约8mm的缺口 (如图1) 。高度大约在旋风分离器顶部, 靠近出口往下10cm处。在进入对流管束口处用手顺水冷壁管往下摸, 约10cm处明显感到分离器外部耐火材料有裂缝, 约半指宽。裂缝对应水冷壁管均有冲击磨损凹槽, 共约14根 (其中两个已经泄漏, 其一根已经割管) 。
具体分析并查阅相关资料, 分析其原因如下: (1) 分离器入口段, 旋风筒弧面与烟道平行相交部分是磨损的主要部分 (图2) , 在此部位烟气发生旋转, 物料方向改变, 速度高且粒度粗, 密度大, 因此过度的热冲击会对耐火材料造成损伤, 产生裂缝。 (2) 分离器顶部是筒体浇筑处和出口浇筑处交汇处, 在此次会产生不连续直角, 致使此处的耐火材料抗压强度小, 浇筑质量不好, 最终导致裂缝被冲击透。 (3) 由于耐火材料裂缝已经产生, 导致进入分离器的物料直接透过裂缝冲击分离器外部的水冷壁管, 由于物料与管束垂直撞击, 物料的粒度粗, 密度大, 温度高, 加之从缝隙中冲击靠近旋风分离器第一批水冷壁管, 导致水冷壁管在短时间泄漏。
4 相关处理及措施
①拆除影响补焊水冷壁管的耐火材料, 对水冷壁管进行补焊;
(2) 在水冷壁管补焊处添加防磨盖板;
(3) 修补破坏的旋风筒, 重新浇筑耐火材料;
(4) 对分离器顶部直角出做圆弧处理, 减少物料的冲击;
(5) 严格控制给煤粒径, 减小给煤粒度, 减小煤粒大对锅炉的磨损;
(6) 控制一次风, 二次风的比例, 在保证正常运行的情况下, 适当降低一次风量。
5 运行观察
经过修理后, 在之后的一个月的运行, 再次进入旋风分离器顶部, 未发现耐火材料产生裂缝, 也没有发现有爆管现象。此次的综合修理得到了体现。
结语
循环流化床锅炉由于其结构特征其受热面必然存在磨损, 而小型循环流化床锅炉由于其炉体较小导致煤在炉膛内一次燃烧不够充分, 进入旋风分离器时煤粒粗、密度大, 对分离器磨损尤其严重, 这次事故就是由于分离器的裂缝导致外部水冷壁受冲击磨损导致泄漏, 在今后的检验中, 关于循环流化床锅炉的磨损问题会越来越多, 尽可能减少和避免磨损, 延缓锅炉运行周期, 减少非计划停炉次数。如何在锅炉安全与经济运行之间选择最佳运行工况, 有待于在今后的锅炉运行过程中, 不断进行分析, 总结经验, 提高锅炉水冷壁管磨损控制和预防水平, 实现锅炉安全、经济运行。
参考文献
[1]屈卫东、杨建华、杨义波、唐昕。循环流化床锅炉设备及运行[M]河南科学出版社, 2002.6.
水冷壁管 篇6
循环流化床 (CFB) 燃烧技术以其优良的性能、低污染燃烧特性成为当今世界先进可靠的洁净燃煤技术之一。但CFB锅炉也存在一些带有普遍性的问题, 如水冷壁管腐蚀磨损、耐火浇注料塌落、冷渣装置故障等, 其中水冷壁管因磨腐蚀磨损已成为制约CFB锅炉运行周期的重要因素。结合我厂CFB锅炉几年来的运行维护实践, 并结合有关理论研究, 对水冷壁管腐蚀磨损的原因进行了简要分析, 并提出几种常用的防腐耐磨对策。
2 水冷壁管腐蚀磨损的危害
锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损一直是电力系统普遍存在的严重问题, 它的直接危害主要表现在以下两个方面:
2.1 使管壁减薄,
据统计一般每年减薄量约为1mm左右, 严重的可达5~6mm年, 形成安全运行的严重隐患, 增加了电厂的临时性检修和大修工作量, 给电厂造成很大的经济损失。
2.2 发生水冷壁突发性爆管事故,
造成紧急停炉抢修, 不仅打乱了电厂的正常发电秩序, 减少发电产值, 而且增加了工人劳动强度和额外的检修费用, 直接影响企业效益, 同时也干扰了地区电网的正常调度, 影响生产, 由此也造成了很大的社会影响。
锅炉运行过程中, 由于燃烧煤中硫及其它有害杂质的存在, 在高温下对水冷壁构成腐蚀。这种现象在各个燃煤锅炉中普遍存在, 我们在各火电厂的锅炉定期检验中经常遇到, 只是程度不同而已。某些电厂由于其燃煤含硫量大, 水冷壁遭受的高温腐蚀特别严重, 由此带来的爆管、换管损失惨重。同时, 煤燃烧时产生的大量灰粉, 在锅炉内部燃烧的复杂动态过程中, 猛烈撞击水冷壁, 对水冷壁工作面产生严重切削, 使水冷壁管工作面被磨损成不同程度的小平台, 造成水冷壁壁厚的实际减薄, 容易导致水冷壁管在高温下强度不够而爆管, 其危害作用同高温腐蚀一样严重。因此, 需要我们寻求一种解决的技术方法, 增加水冷壁的抗磨损能力, 以延长水冷壁的使用寿命。
3 水冷壁管腐蚀磨损的原因
水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理是很复杂的, 简言之, 与下列因素有关:a.炉膛火焰温度;b.燃煤的含硫量;c.烟气与灰分颗的冲蚀。锅炉运行过程中, 由于燃烧煤中硫及其它有害杂质的存在, 水冷壁普遍遭受高温腐蚀。参与高温腐蚀的危害物有燃烧过程中产生的SO2、SO3、H2、S、HC1、碱金属盐及钒盐类, 是多种化学物在各种温度下共同对管壁进行的复杂的动态腐蚀过程。其中, 硫化物是锅炉高温腐蚀的主要因素, 一是烟气中的硫化氢与管壁金属作用产生的腐蚀, 含硫物在金属高温下产生单原子硫, 硫与管道中的铁反应生成硫化铁 (Fe+S---+Fe S) ;二是由不可燃硫在高温作用下生成硫酸盐混入灰分熔敷于管壁表面, 但不再具有水冷壁管所要求的各种良好的高温机械性能, 实际上导致水冷壁管有用壁厚的减薄, 从而其有效承载能力不断下降, 由此形成腐蚀。另外, 高温烟气裹着可以大于8米/秒的速度冲击管壁, 烟气的腐蚀和灰分颗粒的冲刷在金属表面交替进行, 造成管壁减薄。
4 水冷壁管腐蚀磨损的预防
分析清楚了水冷壁高温腐蚀的产生原因, 就可采用有效的方法来进行防止。目前新型的CFB锅炉, 多采用了将膜式壁折弯, 使该处浇注料与膜式壁肋片形成上下一致的垂直平面, 这样物料流沿壁面子直下滑, 消除了局部涡流区, 使磨损量大大减轻, 甚至基本看不出磨损。运行一个周期后, 要在卫燃带上涂刷一层防磨涂料, 以增强耐磨效果。但是此燃带交界处以上1~2m处位于密相区的部分, 管壁腐蚀磨损量相对较大, 运行2~3年后, 管壁可能减薄到2.0~3.0mm (标准壁厚5mm) 。及早预防大面积减薄的最好办法是采用电弧喷涂法, 在管壁上形成一层致密耐磨的合金涂层, 可大大减轻交界处以上密相区膜式壁的磨损程度。但是我们看到有的电厂掌握不好喷涂高度, 先喷了20~30cm, 发现不行, 又向上喷了20~30cm, 我们在这里介绍一种方法, 可用测厚仪从交界处在管壁上向上逐点测量, 记录下厚度, 你会发现越向下壁厚越薄, 越向上越厚, 到达某个高度上, 厚度基本变化不大, 此处即可选为喷涂的上限。我们采用了江苏南通高欣金属陶瓷复合材料公司提供的超高速高性能电弧喷涂技术, 在有下煤口的一面膜式壁上喷了70~80cm, (因为此侧物料浓度相对较高, 磨损稍重) 其余三面喷了50~60cm, 目前运行一年后, 涂层仍然完好铮亮, 管壁未受任何磨损, 只需要在每次停炉后把涂层上缘稍微打磨使其过渡平滑即可。经过处理后, 膜式壁与卫燃带交界处及密相区的磨损得到了很好的除锈强度控制。新炉的喷涂最好在一个运行周期过后再进行, 一则可磨掉微小不平处, 二则可显示出重大凸起和凹陷处便于修补, 三则使管壁光滑明亮。
同时, 在运行调整中, 也可以采取一定的措施, 减轻腐蚀、磨损的程度。
a.采用低氧燃烧技术。
b.合理的配风及强化炉内的湍流混合。巴控制适当的煤颗粒细度。
c.避免出现水冷壁局部过热现象。巳加添加剂。
d.控制合理的炉膛出口烟温。
e.采用烟气再循环。
我们可以借鉴燃气轮机的空气冷却方法来冷却可能出现局部过热的区域, 同时高速的气流也可以将硫的氧化物的局部浓度降低, 减轻水冷壁的腐蚀。大家应该大体清除, 燃气在剧烈燃烧时会产生高温, 那温度足以使任何金属熔化, 但是通过合理的冷却布置, 可以将燃机金属温度维持在合理的范围内。而且燃机燃用的液体燃料—重油的含硫量是远大于煤的含硫量, 而燃机通过合理的冷却空气布置, 既可以做到不超温, 又可以将腐蚀降到比较小的程度, 可见空气冷却的作用。
当然, 咱们现在没有将空气冷却引入到CFB锅炉的设计中来, 但是, 合理的利用这种手段, 应有可能会能达到意想不到的效果。
结论
意外的爆管则会造成较大的经济损失, 电厂为减少爆管, 投入了大量人力、物力加强对水冷壁的监测和更换, 但是监测未取得任何实质性的效果, 换管则将大大增加生产成本和维修费用。只有防患于未然才是最好的办法。延长锅炉运行时问, 设备安全稳定运行会给电厂带来明显的经济效益。
摘要：火力发电厂锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理复杂, 它与炉膛火焰温度、燃煤的合硫量、烟气与灰分颗粒的冲蚀密切相关。防止水冷壁高温腐蚀和磨损的常用方法有两类, 即非表面防护方法和表面防护方法。
关键词：循环流化床锅炉,水冷壁,腐蚀,磨损
参考文献
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[4]徐智勇.循环流化床锅炉投资和运行费用分析[J].热力发电, 1989 (6) :62-64.
水冷壁管 篇7
一、水冷壁管磨损机理分析
循环流化床锅炉存在明显的底部密相区和上部稀相区, 密相区与稀相区流动特性的差异, 决定了密相区与稀相区水冷壁管的主要磨损机理存在不同。
1. 密相区水冷壁主要磨损机理
循环流化床锅炉密相区固体颗粒浓度很高, 达400~700kg/m3, 床内气固两相处于激烈的湍动状态。流化气体穿过床层时产生大量的气泡, 气泡运动非常剧烈, 气泡聚并与破裂的频率极高, 在气泡破裂时, 固体颗粒获得初速度被抛向四周, 对炉膛壁面产生冲击, 引起撞击磨损。同时, 颗粒在流化气体曳力的作用下以一定的速度流动, 造成冲刷磨损。在锅炉密相区, 设计有入炉煤 (石灰石) 给料口, 返料器返料口等, 物料被气体输送至炉膛内。物料流动过程中对给料口周围的水冷壁管也会产生冲刷磨损。同时, 在给煤口附近, 氧化和还原性气氛交替作用, 一方面直接使水冷壁管金属表面腐蚀剥落, 另一方面破坏金属表面的氧化物保护层, 加剧冲刷磨损, 导致磨损问题特别突出。因此, 密相区水冷壁管泄漏主要是冲刷磨损与撞击磨损综合作用的结果。由于密相区磨损非常严重, 通常在密相区敷设防磨耐火材料来提高水冷壁的防磨性能。
2. 稀相区水冷壁管主要磨损机理
循环流化床锅炉稀相区颗粒浓度相对较小, 为5~50kg/m3, 气固两相流之间的滑落速度大, 在炉膛中心区域流化风速较高, 而在水冷壁附近流化风速较低, 颗粒团随着气流向上运动的同时, 固体颗粒也向水冷壁方向滑移聚集, 并且沿炉壁向下流动, 呈现环-核流动结构。当水冷壁管表面光滑, 无凸起或凹陷时, 向下流动的固体颗粒冲刷管壁产生冲刷磨损, 但当沿壁流动的固体颗粒遇到凸起或凹陷时, 如水冷壁管与密相区高温耐火材料的分界面或水冷壁管凸出的对接焊缝时, 就会形成局部涡流区, 向下流动的固体颗粒改变方向, 以较大的冲击角撞击附近的水冷壁管表面, 造成撞击磨损。循环流化床锅炉水冷壁管一般为低碳钢或低合金钢, 其经受低攻击角颗粒冲刷磨损的能力要强于受高攻击角颗粒撞击磨损的能力[4]。因此, 水冷壁管光滑壁面处的磨损量要远远小于凸起或凹陷附近处的磨损量。实际运行经验证明:循环流化床锅炉水冷壁管凸起1~2m是锅炉水冷壁管磨损泄漏的主要部位[5]。
二、水冷壁管磨损影响因素分析
本文从设计安装质量、运行等方面分析影响水冷壁管磨损的因素:
1. 设计安装质量对磨损的影响
炉膛内水冷壁管设计时, 考虑到人孔、测量仪表孔、给料口、风口等因素, 部分水冷壁管必须采用弯管, 弯管处是水冷壁管局部磨损比较严重的部位。水冷壁管焊缝连接处的凸起, 光滑程度对磨损影响较大。水冷壁管与防磨耐火材料分界面转折区的厚度增加, 附近区域的水冷壁管的磨损速率增加, 转折区角角度越小, 颗粒团改变方向带来的冲量越小, 磨损程度相应减轻[6], 设计安装时应特别注意。
2. 运行参数对磨损的影响
燃料煤中灰份的特性, 如灰份的含量, 灰份中的二氧化硅, 三氧化二铝, 黄铁矿等比水冷壁管材硬的矿物质对磨损影响显著, 灰份中二氧化硅, 三氧化二铝, 黄铁矿等矿物质的含量越高, 磨损速率越快, 且各种矿物质对管壁的磨损作用是互相促进加剧的[7]。燃料颗粒直径对磨损的影响是两方面的, 大颗粒直径的颗粒碰撞的总动能大, 与壁面冲刷时的接触面积多, 使磨损速率上升, 但在循环流化床中, 在相同风速下, 颗粒直径增大, 被气流夹带到稀相区的颗粒量减少, 沿壁面下滑的颗粒浓度相应降低, 使磨损速率降低, 并且只有当燃料粒径大于25μm时才考虑磨损。磨损速率还与颗粒的形状有关, 有角颗粒的磨损速率比圆角颗粒高[8]。不同脱硫剂特性对磨损速率的影响是不同的, 有试验表明:磨损速率最高的脱硫剂比最低的高约100倍, 有些脱硫剂的磨损速率比煤中灰份的磨损速率更大[9], 因此, 在运行中必须考虑脱硫剂的磨损速率。
磨损速率与颗粒撞击速率成三次方关系, 运行风速增加, 床内颗粒向四周溅射的动能增加, 颗粒与壁面的碰撞几率加大, 同时, 携带颗粒的浓度增加, 水冷壁管壁区颗粒回流浓度升高, 因此运行风速越高, 水冷壁管的磨损量越大。运行中床温影响燃料的燃烧速率, 床温较低时, 未燃烬的颗粒量增加, 煤颗粒的破裂程度减小, 床层颗粒粒径增加, 磨损速率增加。锅炉下渣能够将较粗的床层颗粒及时排出, 保证适当的料层, 下渣不畅会加剧颗粒分层, 使炉膛料层粒度增加, 导致水冷壁的磨损加剧。
三、水冷壁管磨损的故障树建立与分析
以系统失效为顶事件建立故障树, 运用结构函数写出数学表达式, 可以对故障树进行分析, 找出导致顶事件发生的所有可能的故障模式, 确定发生故障的最薄弱环节或必须修理的部件, 制定系统故障诊断方案, 提高故障诊断效率。根据循环流化床锅炉水冷壁管磨损机理研究及水冷壁管磨损泄漏影响因素的分析, 以水冷壁管磨损泄漏为顶事件建立故障树, 如图1、2所示:
以水冷壁管磨损泄漏为故障树的顶事件, 是由20个不同的独立底事件构成的故障树, 顶事件的状态ϕ完全由底事件的状态xi (i=1, 2, ⋯20) 的取值所决定, 对系统和部件均只考虑存在失效和可用两种状态, 这样, 底事件可以定义为:
则故障树的结构函数表达式为:
与门结构故障树的结构函数为:
或门结构故障树的结构函数为:
在建立了故障树结构函数的基础上, 应用下行法得到水冷壁管磨损泄漏故障树的全部最小割集的完整集合, 最小割集的求解步骤如表1:
根据分析得出水冷壁管磨损泄漏的最小割集为19个, 每个最小割集都是引起顶事件产生原因, 由此得到了水冷壁管磨损泄漏的所有故障模式。
结论
1. 本文分析了循环流化床锅炉水冷壁管磨损泄漏的机理, 对水冷壁管磨损的影响因素进行了分析。
2. 根据循环流化床锅炉结构、运行特点和相关辅助系统的特性, 建立了水冷壁管磨损泄漏的故障树, 并进行了定性分析。
3. 分析结果有利于进行水冷壁管磨损泄漏故障诊断, 提高了故障诊断效率, 丰富了循环流化床锅炉故障诊断的知识库, 为故障诊断专家系统的建立提供了支持。
摘要：循环流化床锅炉是一种洁净煤燃烧技术, 水冷壁管磨损泄漏是影响其运行可靠性的主要原因之一。首先对水冷壁管磨损泄漏的机理进行了研究, 然后从设计安装质量和运行等方面对影响水冷壁管磨损泄漏的因素进行了分析, 并以水冷壁管磨损泄漏为顶事件建立故障树, 对故障树进行了定性分析, 为循环流化床锅炉故障诊断专家系统的建立提供了支持。
关键词：循环流化床锅炉,水冷壁管,磨损,故障树诊断
参考文献
[1]岑可法, 倪明江, 骆仲泱, 等.循环流化床锅炉理论设计与运行[M].北京:中国电力出版社, 1998.
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[3]卢刚.循环流化床锅炉水冷壁磨损特性研究[D].保定:华北电力大学能源与动力工程学院, 2005.
[4]邓化凌, 王勇, 宋云京, 等.循环流化床锅炉快速磨损失效机理[J].中国电力, 2007, 40 (1) :48-51.
水冷壁管 篇8
超超临界火力发电已成为我国火力发电机组发展的重要方向, 但是水质不良会造成水冷壁管的故障, 威胁其锅炉的安全运行, 如补给水带入的少量杂质、凝汽器渗漏和泄露、凝结水精处理阳树脂的溶出物[1,2]及碎树脂进入锅炉给水系统后的高温分解[3]等会将Cl-和SO42-引入锅炉系统, 威胁发电机组的安全稳定生产[4~6]。由于超超临界机组参数要求高, 发生事故损失更严重, 研究水中阴离子对超超临界机组水冷壁材料腐蚀行为的影响对于保证超超临界机组经济安全运行具有重要意义。
T23钢是在T22钢的基础上通过降低C含量和添加W, V, Nb, B而获得的低碳、多元复合、高强度、高韧性的贝氏体型耐热钢[7], 在我国超 (超) 临界机组中主要用作水冷壁、过热器和再热器[8~11], 以后还可能成为超临界水冷却反应堆 (SCWR) 的燃料包壳及堆内结构的用材[12]。目前, 对于T23钢的研究主要是集中在力学性能、抗氧化性能[13,14]、焊接性能及工艺性能[15~18]等方面, 而对T23钢在模拟工况溶液中的腐蚀行为研究较少。本工作采用Tafel (极化) 曲线及交流阻抗法对T23钢在模拟给水加氧处理工况溶液中的腐蚀行为进行了研究, 分析水中Cl-, SO42-及Cl-+SO42-对其腐蚀特性的影响, 以便为火力发电厂控制水中Cl-和SO42-提供依据。
1 试验
国产T23钢成分见表1。T23水冷壁管试样面积为1 cm×1 cm, 在工作面背面焊接铜导线后, 用环氧树脂封装非工作面, 用作常温电化学试验用工作电极, 0~6号金相砂纸逐级打磨, 酒精脱脂, 并用去离子水冲洗, 备用。
%
用去离子水、Na Cl和Na2SO4分别配制含有不同浓度的氯离子 (0~500 mg/L) 、硫酸根离子 (0~500mg/L) , 同时含有硫酸根和氯离子 (氯离子浓度为10mg/L, 硫酸根浓度为5~500 mg/L) 的溶液。参照加氧处理 (OT) 给水控制标准[19], 以稀氨水调节其p H值为8.7~8.9, 通入N2除氧使溶液中含氧量为80~100μg/L后, 密封四口烧瓶。
所用药品纯度均为分析纯。
采用CHI660C电化学工作站进行电化学测试:以铂电极为辅助电极, 饱和甘汞电极为参比电极;交流阻抗测试为1.0× (100~105) Hz, 幅值为5 m V;Tafel (极化) 曲线测定扫速为5 m V/s;Tafel曲线由CHI660C软件进行拟合, 得出腐蚀电位Ecorr及腐蚀电流密度Jcorr, 并用Origin软件绘制腐蚀电位Ecorr及腐蚀电流密度Jcorr与离子浓度的关系图;交流阻抗参数由Zview软件进行拟合得出交流阻抗。
2 结果与讨论
在常温下, T23电极在模拟OT工况溶液中Ecorr及Jcorr随Cl-, SO42-浓度的变化见图1。交流阻抗Rp随Cl-, SO42-浓度变化见图2 (注:图中Cl-/SO42-表示固定氯离子浓度为10 mg/L+不同浓度SO42-) 。
图1中, Jcorr箭头所指方向的3条曲线是在含有不同离子的模拟加氧工况溶液中, Jcorr随离子浓度变化的关系曲线;Ecorr箭头所指方向的3条曲线是在含有不同离子的模拟加氧工况溶液中, Ecorr随离子浓度变化的曲线。图2中, 3条曲线分别表示在只含有SO42-、只含有Cl-及固定Cl-浓度为10 mg/L+不同浓度SO42-的模拟加氧工况溶液中, Rp随离子浓度变化的曲线。
从图1、图2可以看出, 不同离子成分的模拟加氧工况溶液中, 在整个离子浓度变化范围内Jcorr随离子浓度增大而增大, Ecorr和Rp随离子浓度增大而减小, 腐蚀随离子浓度的增大而加剧;在只含有Cl-和固定Cl-浓度为10 mg/L+不同浓度SO42-的模拟加氧工况溶液中, 在整个离子浓度变化范围内Jcorr (Cl-/SO42-) >Jcorr (Cl-) , 即Cl-和SO42-同时存在时腐蚀比Cl-单独存在时腐蚀更为严重。
机理分析:在不含Cl-及SO42-的模拟OT溶液中, OH-吸附在金属表面, 抑制了金属材料的溶解过程;微量O2在电极表面发生得电子反应, 加速阳极反应并生成OH-, 促进金属表面钝化过程。当溶液中Cl-或SO42-浓度范围为5~500 mg/L时, Cl-或SO42-和OH-发生了竞争吸附, 由于Cl-、SO42-取代金属表面上氧的吸附点并与金属形成可溶性物质以及氧的去极化作用, 共同促进了金属的溶解, 导致腐蚀电流密度Jcorr随离子浓度增大而增大, Ecorr及Rp随浓度增大而降低;当固定溶液中Cl-浓度为10 mg/L改变SO42-浓度时, Cl-和SO42-与OH-发生竞争吸附, Ecorr及Rp随浓度升高而降低, 两种离子的共同作用加快速了材料的腐蚀且大于Cl-单独存在时的腐蚀速度。
3 总结
(1) 在不含有Cl-及SO42-的模拟OT工况溶液中, T23钢的腐蚀电流密度Jcorr较低, 阻抗值Rp及腐蚀电位Ecorr较高, 金属具有较好的耐蚀性。
(2) 当离子浓度为5~500 mg/L时, 在只含有Cl-, 只含有SO42-及固定Cl-浓度为10 mg/L+不同浓度SO42-的模拟加氧工况溶液中, 腐蚀电流密度Jcorr随Cl-, SO42-浓度增大而增大, 腐蚀电位Ecorr及阻抗值Rp随离子浓度的增大而下降, 腐蚀速度随离子浓度的增加而显著增加。
(3) 当离子浓度在5~500 mg/L时, 在只含有Cl-和固定Cl-浓度为10 mg/L+不同浓度SO42-模拟加氧工况溶液中, 由于后者2种阴离子的共同作用, 2种阴离子离子同时存在时造成的腐蚀比Cl-单独存在时更加严重。