600 MW超临界火电机组低低温省煤器管失效分析

Vol. 42 Nn 5Oct. 2020Heilongjiang Electric PowerDOI： 10.13625/j. ccki. hljec-2220.05.015600 MW超临界火电机组低低温省煤器管失效分析陈志荣，房璐璐，王鲁（华电电力科学研究院有限公司，杭5 610030）摘要:为分析某电厂620 MW超临界火电机组低低温省煤器泄露管道的失效类型及机理，采用宏观形貌检查、基体化学成分

分析、金相检验、扫描电镜及X射线衍射检测方法，结合低低温省煤器现场泄漏情况对泄露样管进行深入研究。结果表明，发 生泄漏的低低温省煤器管段表面积灰情况严重,可见多处宏观泄漏点，样管外壁大面积呈现凹凸不平,宏观形貌具有明显的 低温腐蚀特征;样管的化学成分完全符合国家标准或行业标准对ND钢的要求;金相显微组织为铁素体加珠光体加碳化物，显

微组织中可观察到孔洞及沿晶微裂纹;样管外壁泄漏点及凹坑内腐蚀产物主要由Fe、Cu、Cr、Sb元素的硫化物及氧化物构成。 综合判断，低温腐蚀是造成低低温省煤器管道泄漏的主要原因。关键词:燃煤锅炉;低低温省煤器;低温腐蚀;ND钢;失效分析中图分类号：TK223.3*3

文献标志码：A

文章编号：2595 -6843（2525）05 -0447 -06Failure analysis of low-low temperature economizer pipe in

660 MW suprr-criticol tUermal power unilCHEN Zhirong，FANG Lulu, WANG Lu(Huadian Electric Power Research Institute Co., Ltd., Hangzhon 310036，Chinn)Abstraci: 1k orOeo ri analyze trie failure type ank mechanism of low-low temperature economizeo leadaze pipe ia n

660 MW supeocOticcj trieonaj poweo unit， trie metrioOe of mncascopic morpholonp inspection，chemiccjcomposition analysie of matrix，metallopranhic examination，sccnning electron microscope ank X-rap diPractiop are

usee to ©。口血厲 in-Cepth stuup on trie leenaee sampje pipe combine witri trie on-see leanaee situation of trie low-low

rimperatura economizeo. Te resalta show trint seriont asp acchmulation ank macI■oscopic kanaee points are

occcrree on trie sarfacc of trie low-low temperature economizeo leanaee pipe. TFie ontec saCacc of trie sdmpe pipe shows a larae area of unevengest，ank macescopic morppoloop eat oOviont low-temperature cooosion

cCaracteristica. Te chemicct composition of trie sampOe pipe fully meets trie pquipmeats of nationat stankaras oe

inkuste stankarps foe ND steeC. Tee metallooranpio microsteicture is composed of ferrite，peerlite ank ccraipe，ank eolea ank interaranklae 111X1—1(30, copIU be onseeeU. Tee conosion penucts in trie pita ank leanaee pointa of trie

onter spPPco of trie sampte pipe are maintp composeC of 3^0^ anU oxipea of Fe， Cu， Cr anU SS. It cck be cokcluUea triat low temperature corrosion is trie main conse of low-low temperature ecokomizer pipe leanaee.Key worit:coal-CreC boiler; low-low temperature economizer; low temperature corrosion; ND stat; tiiluro analysia0引言省煤器是现代锅炉不可缺少的受热面,它吸收

占机组事故比例较大[9]0针对省煤器的腐蚀泄漏问题，付国霞⑵等将其

分为3类：9）磨损以及汽水分层造成管子破裂而泄漏利用尾部烟道中的烟气热量，加热锅炉给水，达到 节约燃煤的目的。但由于锅炉燃用煤质较差、煤种

多变或烟速设计过高，中国省煤器泄漏和爆管事故在省煤器垂直管段不会出现汽水分层现象。

正常流动的水平管，只要汽水混合物流速较高，在

搅动的作用下，汽和水混合得比较好，就不会出现

收稿日期：2222 -04 -22；修回日期：2022 -07 -25o作者简介:陈志荣（1942），男，工程师，工学学士，主要从事电站设备

金属检验分析工作。分层o在分层流动时管子下部有水冷却，水在流动 中放热系数很大，管壁不会超温。而管子上部没有 水膜冷却，但蒸汽所占份额又比较大，蒸汽的放热-448 -黑龙江电力第42卷系统较低，因此上部管 能超温而导致破裂，当的波动，在

酸露点的ND钢，该

的

普遍认为 理分层时 附近的管酸低温 用 材， 用 在温度就会波动，时而与汽接触温度上升，时而与

接触温度下降，使金属

些属

疲劳而损坏。此外,高含

器和蒸发器 的省煤器、 器、热交换设备U。该电厂的低低温省煤会使省煤器管道强度下降，进而产生泄漏。这

理损坏。一种化学损坏，是指

2） 低温器 运行时 为4 640 h便出现泄漏状况。，对取样管的宏观形貌、化学为了探究其泄漏

成分、金相组

露点在壁温低于露点观形貌 样的化学组成方低温

（即酸露点）的提高，使低温

进行 合分析，探究了 640 MW超临界火电机 组低低温省煤器的失效机理和失效类型，为 同

类型 分析类似失效状况提供理

下的部分有大 酸蒸气凝结,造成该金属的 破坏⑶。低温 程 化学物在高温下共同对管壁进行的复杂的动态［过 程,其形成和发展取决于烟气中S03和水蒸气的含 ，腐蚀的速度与酸的浓度、金属壁温度以及材料 性 关⑷。燃煤 的低温腐蚀。1研究对象概况某电厂提供的材质为ND钢（即09CrCuSb）

的低低温省煤器泄漏管

所在

为033 x4 mm，该管为16 644 h,该

运行时 所运行过程中的普遍现象，直接影响 经济运行⑶。3） 焊接

的安全与在机组 期 使用 进行

情况，

，小修后运行3个月 现烟道 道侧不好造成的泄漏不过关是省煤器泄漏的一个重要现 分漏 ， 同时，管道 在

管材的 现象 一 显泄漏1所示，共

;另外，由于管束的焊口很多，焊接 不好,,泄漏管段现场宏观形貌 现9，具从焊口处泄漏的现象也很普遍。为探究电站

泄漏点, 道

省煤器的 改进问题，国体 2及表1所示。诸多专家学者从各个 进行了大量的研究。升等⑴在 提出 ，暦损泄漏，

低温省煤器：5 ］、谏

电厂一期2台420 t/h电厂8号

、陡河发电厂HG-670/140 -9型 ，均以改变省煤器结构的方式增 省煤器的使用寿命。在省煤器低温 M0BIN M

方面的研究也很 亠对电站 省煤器管的低温腐蚀情况，建议采用 材料 管壁的方法 低温 的 〔6 ］; 的研究结果 ，通过采取降低 温度或改 设计、运行入 料 低温 的影响B ］；(a)基 在 验和工程 验证的基情况， 指出上，新提出的 露点经验公式露 低温

低温 的 即 低温 金属壁温迢］；1 的温度为 为造成 酸腐酸露点，而该温度远低于常规意义力分析大、 温 低、(b)上的 酸露点〔9 ］ ；1

为 管省煤器 在的

温度下降 U4 。某发电 600 MW超临界火电机组的低低温图1泄漏管段现场宏观形貌Fig. 1 Macroscopic appearance of the leakage

省煤器结 为 化方 管结 ， 管 材 为pipe section on sith第5期陈志荣，等100 MW超临界火电机组低低温省煤器管失效分析-442 -亠 A §出水亍T 二 I 111 ~聲百5oi1号烟道B

nS

§寸ti巨(6)匡(6)sJr匸二厂111 HI订ill iiimiiim 门t fttmttttlIII tllillilllll m hi口 munin inn iiirniirm ghiill jiiniimiiii hi口 tmxnm tn口 nninLQ * IIIHfffiffl 9 IIIin iHrnTrnno iii iiirniiiiiiill Til口muuin hi口 num

g9Otu m口 munu nu口口 nnnnmi 口口unnuu口 Him 口 111广 tttiti rttni 曲HFHfflfl曲tmti t xnm mrn口uui mirimmi口 mtn 口im iiiirniii imiiii rm ti t tmi tt tt t】rmnnil 11 tn 11 m t rr 111 mt ilt mrm口mm rtrm nil口 nun 口ixii1915liSSil 卓\"'1670^-^6004 185有/焊接长度110 45°图2低低温省煤器堵漏位置示意图Fip. 2 Sciematir diaaram of tie lecking stoppage position of tie low-low temperaturr economizer表1泄漏点位置管道编号TabU 1 Pipe number of the position of lerkagr poinis泄漏管道编号1号烟道冷段(从上往下数) 9号烟道热段(从上往下数)注:泄漏共9 (道)，堵漏9根。6 -2 7 -2 7 -3 4 -9 10 -9 10 -3

无12 -9 12 -3 39排 44排 41排2试验及结果分析22宏观形貌分析穴状,此类凹坑为管 形成的 ，该形貌为典型的坑蚀穿孔［⑴；剖开泄漏处管道，从管

观察泄漏点，宏观呈现为一圆形孔洞(见

丨33(d)),圆孔周围

低低温省煤器泄漏管段样品宏观形貌 形貌相对光滑 在锈色所示，该管段为低低温省煤器冷段上第7层第2根 附着物。22化学成分分析管。针对该管段进行管径及壁厚测量，未发现明

显胀粗及减薄现象。 3 (r)及图3(b)可知，送检管段的 呈现大 匀的凹凸不平，同时从样品弯管上切取 样,采用美 电型号为ARL8866的台式直读光谱仪对其所含主要合

金

进行分析，检测结果

合 要求口。2,各化学元素含量在两处直径约为3 mm的宏观泄漏点;从图3(c)观

泄漏点凹

向

展呈现坑图3低低温省煤器泄漏管段宏观形貌Fip. 2 Macrascopir apperrancr of the pipe section of the low-low temperaturr economizer• 455 -黑龙江电力表2化学成分分析结果第42卷Table 2 Rcsclhs of chemicol composition analysis

元素实测值m(% )S0.006CMnCc0.960Si0.2200•20 〜0.20CuSS21P0.027W0 • 0300.2780.2800.33 -0.250 • 2400 . 25 〜0 . 25GB/T 160.2 -2011 要求值W0.120.70 〜1.100 • 04 〜0.10W0. 0222.1金相检验对图4所示样品，采用 探卡型号为

DMI5500M的金相显微镜进行金相显微组织分析。

3图5、图6为图4中1号、3号 的金相组织照片， 每个 分别观 管 、管壁厚 、管□□看到1号 体 体 、孔洞及

、中部及 显微组 为化物,外壁组 在明显的，中部及

、中部及

组 碳化物在晶界处聚集长大、粗化，局部呈链 分布。3号

条状图4低低温省煤器失效管段试样Fig. 1 Sample of failuro pipa section of the low 一 low组 为 体体 化 ， 化 显 在 界 聚集长

大、粗化。hmperotsro economizer图5 1号位置显微组织照片Fig. 1 Micrastractsra of No. 1 position图6 3号位置显微组织照片Fig. 1 Microstractsro of No. 1 position2.4扫描电镜检验 微组织观察,试验结果如图7所示，由图7 ( a)可见采用泰思肯型号

对图3(c)所示样品的 凹坑边缘分布着许 ，图7(b)中则可观的

为TESCAN VEGA3 LM的扫描电子显微镜进行显 凹坑周围附着 °第5期陈志荣，等：600 MW超临界火电机组低低温省煤器管失效分析• 451 •图7孔洞部位扫描电镜形貌Fig. 1 Sconning electron microscope morphology of tic hole2.1 X射线衍射分析（XRD）蚀特征〔⑶。金相检验结果

，泄漏侧及泄漏对侧的金相化物，碳化

为确定 管壁的

的具体成分，对低低温省煤器取样，并采用日本理学型号为的XRD组织为 体 体 显在晶形貌及，产ISmaClab（3 kW）的X射线衍射仪进行检测，结果如

界处聚集、长大、粗化，结合扫描电镜

泄漏点周围分布着大量的

8所示°从低低温省煤器管

检测结果 相构成主要为Fe、Cu、Cc、酸

。XRD分析结果

主要由Fe、Cu、C、、SS :

,泄漏点周围 的硫化物及氧化

SS元素的硫化物及氧化物，由此可初步判定该取样

管的

1000800600所引起的。* Fe2O3・ Fe2(SO4)3♦ Fe3O4▼ Cu9S・ CrX3uS4。Cr3S4。Sb9O4a Sb；O(SC)4)2 口 Cr3S4• CrSb9成， 此 初步 定该取样管的 所引起的［⑷。结合该省煤器为 构，容易造成省煤器

露点（

器、、

酸化方 管结下游某些部位温度偏低,当含有S02、S03和C02的高温烟气遇到温度低于

酸蒸气的凝结温度）的

（省煤400200器）时， 凝结的水膜与SO?、S03和C02会结合形成酸性溶液对管壁进行复杂的

动态

0

20

程［⑸，进而导致金属 匀性低温腐直至泄漏失效。40

60

80

100衍射角20/(。)4结语图8低低温省煤器表面腐蚀产物的XRD分析Fig. 1 XRD analysie of corrosion prodrcSe on Sic surfacoof the low-low imperothrr economizer结合低低温省煤器现场泄漏情况以及对取样 管的宏观形貌分析、化学成分分析、金相检验、扫描

电镜检验、X射线衍射检验，对某电厂640 MW超临

3分析探讨界火电机组低低温省煤器泄漏 进行了深入研

究,分析结

，管道 在

下。在现场检查 现，发生泄漏的低低温省煤器 管 一

1）取样管的化学成分 合相关 对ND，结合显微组织现象，并可的要求，材料不存在相关缺陷；宏观形貌及现场

显泄漏点。取样管未发现明显胀粗及管检查结果呈现明显的低温 及X射线衍射分析结果,可初步

薄现象，外壁大 呈现均匀的凹凸不平，同 取样管的失效低温 。时存在2处直径 为3 mm的 穿孔泄漏点。宏 机理为 失效，失效类型为

观形貌检查结果 ，取样管段具 显的低温腐 ）建议采取相关技术 使 道受热面

-452 -黑龙江电力第42卷金属壁温保持在硫酸露点腐蚀温度之上，才能从根

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