李发潜

摘 要：某厂动力锅炉省煤器投运1年就出现高温段省煤器管壁厚出现快速减薄现象，结合现场检验调研情况并对腐蚀管样进行理化分析，结果表明，省煤器管减薄为内壁氧腐蚀所致，而省煤器沸腾度过高加剧了省煤器管的腐蚀速率。

关键词：省煤器;氧腐蚀;沸腾度

中图分类号：TK223 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）20-0039-03

Abstract： The thickness of economizer tube in high temperature section of a power boiler has been thinning rapidly since it was put into operation for one year. In view of field inspection and investigation， the physical and chemical analysis of corroded tube samples is carried out. The results show that the thinning of economizer tubes is caused by oxygen corrosion on the inner wall， and the high boiling rate of economizer intensifies the corrosion rate of economizer tubes.

Keywords： economizer; oxygen corrosion; boiling rate

省煤器是位于锅炉尾部烟道中将锅炉给水加热成汽包压力下的饱和水的受热面，它吸收低温烟气的热量，降低了锅炉烟气的排烟温度，节省能源并提高效率。2017年，对某厂动力锅炉进行检验时，发现上组省煤器管与出口集箱连接的弯头处普遍存在快速減薄现象，经检测发现该处省煤器管弯头管段普遍减薄，最小实测壁厚为0.6mm，已大大低于管子的许用壁厚。为避免后续出现爆管泄漏问题对厂区生产活动造成影响，在现场选取省煤器管子弯头进行割管取样送检，根据理化试验结果结合本锅炉相关资料对此次省煤器管减薄的原因进行了分析。

1 概述

某厂动力锅炉负责全厂的发电需要和设备所需的蒸汽供给。锅炉工作压力3.8MPa，蒸发量75t/h，设计出口温度450℃。锅炉共4组省煤器，管束排列为顺列布置，总换热面积1746m2，省煤器管规格为Φ38×3.5mm，材质为20#钢，运行介质为除盐水。

2 检查与试验

2.1 宏观检查

检测试样为省煤器弯头管段。换热管外壁均呈灰棕色，并未发现泄漏点和明显腐蚀（图1所示）。纵向剖开管子后，发现管子外侧弯曲处内壁腐蚀减薄较严重，其内壁存在大量的点状腐蚀坑，大部分腐蚀坑大小为1～3mm，深度普遍小于0.5mm，腐蚀坑分布较为均匀，坑深较为平坦（图2所示）。

2.2 金属化学成分试验

使用Niton XL2直读光谱仪对减薄的省煤器弯头管段试样进行金属化学成分分析，试验结果见表1。结果表明成分符合20#钢的成分要求。

2.3 金相组织试验

对省煤器弯头管段母材截面以及腐蚀坑边界处截面进行金相检测。在弯头内表面腐蚀附坑近部位置取纵向截面的金相试样，采用机械抛光、4%硝酸酒精腐蚀后在光学显微镜下观察。如图3所示，金相组织为铁素体+珠光体，珠光体形态完整，球化级别2.5级，未发现粗大组织和夹杂物，组织正常，腐蚀坑周围未见裂纹、脱碳层、氧化皮等异常。

2.4 扫描电镜能谱分析试验

在弯头管段部位制取试样，由Zeiss EVO18扫描电镜（SEM）对管子内壁的腐蚀坑进行观察，内壁腐蚀坑形貌见图4。经扫描电镜观察，发现省煤器管内壁腐蚀坑腐蚀均匀，腐蚀深度较平坦，与此同时，在腐蚀坑内以及腐蚀区域边缘未发现裂纹等异常。

由扫描电镜能谱仪对管子内壁腐蚀坑表面进行元素分析，得到半定量分析结果见图5。由扫描电镜能谱图可以看出，内壁腐蚀坑主要以铁氧化物为主，未发现有Cl、S等腐蚀性元素的存在。

3 综合分析

金属化学成分试验结果表明，所取的省煤器弯头管段试样满足标准GB/T699-2015对20#钢的化学成分要求，因此，可以排除省煤器管的快速减薄的原因为错用材质导致。通过金相检验分析，省煤器管段试样金相组织未见组织粗大以及存在非金属夹杂物、脱碳层、裂纹等异常，金相组织正常，排除因制造安装问题导致的材料缺陷;通过扫面电镜能谱分析，排除了锅炉给水中含有大量Cl、S离子等元素引起省煤器管腐蚀的可能。由上述理化分析结果，结合对内壁减薄处的宏观检查所得出腐蚀坑形貌特征，判断省煤器管弯头内壁发生氧腐蚀是省煤器弯头管段减薄的主要原因。

氧腐蚀也叫吸氧腐蚀，是指锅炉给水虽然经过处理，但仍含有一定量的氧，而氧的化学性质很活泼，能与钢铁设备的铁元素发生反应，造成钢铁设备的腐蚀，生成铁的氧化物Fe2O3和Fe3O4，便是日常所说的铁锈。根据上述氧腐蚀原理，在给水流经省煤器管内时，由于温度较高，极易发生省煤器管内氧腐蚀，在管内壁上形成溃疡状腐蚀坑陷，危及省煤器的安全使用。[1]

进一步查阅锅炉资料后发现，因环保原因，该锅炉于2015年由燃煤锅炉改造为燃烧生物质的生物质锅炉，但由于锅炉改造后，存在生物质燃料在炉内燃烧不充分、炉膛正负压波动较大、锅炉蒸发量达不到75t/h、锅炉排烟温度较高等问题，因此于2016年对锅炉进行二次改造。二次改造将锅炉炉顶及汽包整体抬高3000mm，增加炉膛及尾部烟道容量，使水冷壁及省煤器的受热面增加，以此保证锅炉运行达到额定蒸发率，同时降低排烟温度。锅炉经过二次改造后，省煤器受热面由1153m2增加到1746m2。因锅炉改造后炉膛容量增加，燃料得到更充分燃烧，尾部烟道进口处烟温将大幅提高。

该锅炉省煤器为沸腾式省煤器，给水在省煤器中受热后，省煤器出口水温达到汽包压力下的饱和温度。由于省煤器为对流换热，烟气温度升高以及受热面增加后，蒸发量也随之增加，这将会使得省煤器的沸腾度大幅度上升。沸腾度是指炉水在省煤器中产生的蒸汽量与进入省煤器的给水量之比，中压锅炉沸腾度一般设计不宜超过20%，沸腾度过大会增加流动阻力，甚至会出现管组中各管流量交替脉动，使省煤器发生振动，易损坏锅炉[2]。

如果省煤器中仅有单相的水流动，或即使水中含有少量蒸汽，这种情况下其对管道内壁的冲刷减薄过程是非常均匀而缓慢的;若省煤器中存在大量汽水混合物，将会加快管壁发生冲刷减薄的过程。当汽水通过最上层的省煤器管时产生的蒸汽量将达到最大值，即管内工质存在大量的蒸汽。由于省煤器与省煤器出口集箱之间的部分管段位于炉墙之外，不受烟气加热，管壁温度较低。蒸汽通过此段，温度下降，将迅速降温形成大量水滴，蒸汽与水滴形成的汽水混合物通过集箱前的第一个省煤器管弯头时，汽水混合物因此处结构、温度的改变将在管内剧烈混合翻腾，强烈冲刷弯头的内表面，使弯头表面因氧腐蚀作用产生的氧化物从管子内壁剥离;剥离后管子本体材料在水汽析出的溶氧与管壁材料的氧化反应作用下又重新生成氧化物，周而复始最终使省煤器管弯头迅速减薄。

4 结论

通过综合试验结果分析以及对锅炉改造等现场实际情况的查验分析，判断锅炉因给水除氧不充分，携带氧气经过省煤器受热析出使炉管管子内壁发生氧腐蚀;由于对锅炉进行二次改造打破了锅炉设计的热平衡，导致省煤器沸腾度过高生成大量蒸汽;蒸汽进入省煤器出口集箱前经冷却形成汽水混合物强烈冲刷省煤器出口管弯头内壁;在以上因素的共同作用下，使省煤器管出口处弯头壁厚在短期内快速减薄。

5 预防措施

（1）加强对水质处理和监控，严格控制锅炉给水的溶解氧和pH值等指标，使其符合GB 12145的要求。

（2）加强对烟风温度和汽水温度的监控，采取调整控制锅炉燃烧等有效措施防止省煤器超温。

（3）锅炉停炉期间应采取适当的保养工作，防止因积水和氧气对炉管内部造成腐蚀。

（4）宜会同设备制造单位，系统性优化结构设计，适当减少锅炉省煤器受热面，降低沸腾度以延长设备寿命。

参考文献：

[1]张磊，廉根宽.电站锅炉四管泄露分析与治理[M].北京：中国水利水电出版社，2009.

[2]车德福，庄正宁，李军，等.鍋炉[M].西安：西安交通大学出版社，2008.