珠光体球化导致余热锅炉蒸发管开裂案例分析
某石化厂引进的发电机组余热锅炉运行156h 后发生蒸发管漏水事故。在碱溶液中的应力腐蚀开裂 （ 碱脆 ），余热锅炉蒸发管开裂，余热锅炉燃气进口温度518℃ ，出水温度200℃ ，蒸发管为95mm (翅片直径) ×50.8mm (中心管外径) ×4.5mm (壁厚) , 材质为ASTM A192 高压锅炉管, 工作压力1.57MPa。
1，检验结果
①漏水蒸发管的硬度 (64.7HRB) 比原始态(76.5HRB) 下降16%。
②漏水蒸发管的珠光体组织比原始态发生了明显球化。
③通过试验数据对比, 漏水管的工作温度达450℃ ,高于未严重腐蚀的蒸发管。
④腐蚀坑中的腐蚀产物为 Fe3O4 +α-Fe2O3 , 是在300~500℃形成的, 腐蚀产物为多孔疏松状、 与金属附着力差。
⑤扫描电镜观察腐蚀坑底的形貌为沿晶和二次裂纹特征。
⑥炉水采用纯磷酸钠处理, PO34+ 含量为6~44mg· L-1 , pH 值为8.8~11.2, 说明炉水中存在游离的 NaOH。
2，运行记录
从调试记录中发现, 为解决 “循环泵压低-报警-停机” 的矛盾, 调试时在蒸发器联箱入口处增加了一块ϕ28mm 的节流板。
由于原设计中该处无此板, 这对原设计中的水力参数和热力参数带来一系列重大影响。
锅炉的 ( 平均) 循环倍率K 降1.87, 小于控制指标的2.5。因此, 蒸发器管束的运行工况远离设计点, 处于危险状态。从运行记录中发现, 试运行锅水的 PO34-含量偏离了规定指标。规定在 pH值为10.5~11.5时, PO34-应为50~100mg· L-1 , 但实际为6 ~44mg· L-1 。
究其原因是电厂当时因 Na2 HPO4 未到货而未进行协调磷盐处理。导致锅水pH值和PO34-指标大都在含有游离的NaOH 范围, 当炉管结垢或发生汽水分离时, 极易造成碱腐蚀。水力偏差分析, 在平均循环倍率1.87 时, 远离法兰的一组或几组管束的实际循环倍率很可能降1 或接近于1, 必然会造成锅水停滞和汽水分离现象。
3，结论
综合分析结果为, 蒸发管局部过热、 内壁高温碱腐蚀和碱脆、 汽水腐蚀是早期腐蚀穿孔的主要原因。
5，改进措施
经计算增设一块ϕ66mm 的孔板, 流量为120m3 · h-1 , 循环倍率为5.0, 符合余热锅炉的设计规定, 同时循环泵扬程由0.20MPa 升高到0.25MPa, 这不仅使泵功率降低, 而且改善了蒸发器的水力特性。对锅炉重新进行化学清洗和煮炉, 以清理锅水浓缩时的炉管积垢, 重新建立Fe3O4 保护膜。该余热锅炉已**运行了10a。
5，处理措施
①全部更换, 氩弧焊打底, J427 盖面。
② 630℃消除应力, 安装6 条金属软管。
③加强伴高温线使用管理。
延伸阅读：什么是珠光体？
珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物称为珠光体，用符号P表示。其力学性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。珠光体是钢的共析转变产物，其形态是铁素体和渗碳体彼此相间形如指纹，呈层状排列。按碳化物分布形态又可分为片状珠光体和球状珠光体二种。
图一 片状珠光体200倍 图二 球状珠光体500倍 图三 球状珠光体1000倍
（1）片状珠光体：又可分为粗片状、中片状和细片状三种。
（2）球状珠光体：经球化退火获得，渗碳体成球粒状分布在铁素体基体上；渗碳体球粒大小，取决于球化退火工艺，特别是冷却速度。球状珠光体可分为粗球状、球状、细球状和点状四种珠光体。
测试仪器设备导读：超声高温耦合剂、铁素体测试仪。
