余热锅炉蒸发器弯头穿孔泄漏事故原因探析

余热锅炉蒸发器弯头穿孔泄漏事故原因探析

谭绍安

广东省特种设备检测研究院云浮检测院广东云浮527300

摘要：余热锅炉蒸发器管理系统发生泄漏，调查中发现因蒸发器弯头穿孔导致的，因此需要针余热锅炉蒸发器失效的问题展开详细探讨，便于了解蒸发器弯头穿孔泄漏事故原因。本文首先分析余热锅炉蒸发器弯头穿孔泄漏问题检查，然后分析泄漏原因，同时得出相应的检验结果，最后还分析了蒸发器工艺改进方法。

关键词：余热锅炉；蒸发器；弯头穿孔；泄漏事故原因

前言

蒸发器在余热锅炉生产过程中发挥出不可替代的作用，同时也是余热锅炉的关键部位，为避免泄漏事故发生，及时展开相应试验，在系统检测中，及时找到弯头穿孔泄漏事故原因。工作人员在调查泄漏事故发生原因的环节，主要采用显微镜观察法、圆度测量法、化学成分分析法等多种方法，锅炉在长期运行的过程中，蒸发器弯头部位发生泄露，烟气水平流过蒸发器，继而导致管子外壁出现了不同程度的磨损和腐蚀现象，弯头内部存在裂纹，并受到碱性腐蚀作用，介质腐蚀穿透管壁，最终造成弯头穿孔。

1.余热锅炉蒸发器弯头穿孔泄漏的检查

1.1泄露情况观察

1.1.1显微镜观察

工作人员在观察余热锅炉蒸发器弯头穿孔情况的环节，积极采用显微镜观察法，将失效的蒸发器管沿着轴向剖开，然后取出其中的一小部分放在显微镜下观察，以下为显微镜观察中的发现：弯头外侧的外壁上有大小不同的圆孔，其直径约为1mm，圆孔周围存在大小不同、数量不等的腐蚀裂纹，在穿孔部位存在长条形裂纹，同时裂纹和管子的变形方向平行，裂纹长度约2mm，宽约0.50mm，且在裂纹左右两端存在线状腐蚀性产物，腐蚀部位表面被厚度不同的腐蚀产物覆盖，所以在此环节无法利用显微镜看到余热锅炉蒸发器金属断口的具体形貌[1]。图1为蒸发器弯头穿孔处内壁形貌。

图1为蒸发器弯头穿孔处内壁形貌

1.1.2壁厚测量

采用超声波法测量泄露穿孔部位，观察蒸发器泄露穿孔部位在超声波下的外部小孔形貌及内部小孔形貌，发现内部裂纹区域存在泥状腐蚀产物和条形腐蚀坑[2]。穿孔部位的壁厚大于直管部位的壁厚，直管部位壁厚为3.01mm，穿孔部位壁厚为3.35mm，因为穿孔部位在蒸发器内侧，所以管子在被挤压、弯曲的情况下发生变形，由此致使弯头内侧管壁厚度增加。

1.2金相分析

为分析弯头打孔泄露情况，将蒸发器弯头内侧裂纹的四周依次进行打磨、抛光，将为制成金相式样。在金相分析中，发现主裂纹附近还存在有少许小裂纹，同时裂纹形貌明显，分析中发现，金相组织主要为珠光体和铁素体，依据金相质量评级标准得出：弯头金相组织正常。

1.3损坏原因

对于弯头穿孔腐蚀部位进行了敏感性测试，在此环节采用现代化测试方式，从而得到这些结果：弯头穿孔处下部的焊缝位置就是熔合线处，对弯头穿孔处的内壁状态进行测试，待清洗烘干试样后再进行电化学测试，便于仔细观察内部腐蚀轻微现象，在经过一系列的研磨处理后，试样的内壁状态良好[3]。在此环节，工作人员主要使用的是电化学站的专用设备，采用三电极体系，碳棒为辅助设备，试验溶液为海水，主要测试的是试样内壁面。通过观察焊缝与其母材交界处的腐蚀情况，得到了相应的自腐蚀电位差分别为-120mV、-145mV，焊缝处与焊缝旁母材腐蚀的电位差分别为58mV、36mV。母材表面状态良好，其主要表现与保护区域的氧化膜致密性及厚度有密切关系，由于保护膜被破坏，因此焊缝部位存在严重的腐蚀情况。测试中，腐蚀电位直接影响材料的腐蚀性，对于表面出现问题的材料，需及时明确其自腐蚀电位差，电位越负，材料的腐蚀倾向越强，对于弯头穿孔部位，腐蚀性电池远离焊缝母材电位。

2.余热锅炉蒸发器弯头穿孔泄漏原因的研究结果

（1）弯头穿孔部位的化学成分和金相组织正常，失效弯头的内部存在大小不等、数量不同的裂纹和腐蚀源，显微镜下观察到，腐蚀是从管壁内侧开始向外扩散的，随着二次裂纹的逐渐扩散，失效弯头穿孔的圆度超出限定标准。

（2）技术人员当前水平还无法还原弯头穿孔最初的形貌，推断出，冷弯是在制造环节、由微小裂纹扩散而来的，弯头产生的应力直接导致腐蚀程度严重。弯头内侧出现很大应力，检验中得知弯头外侧圆度超出制作标准，根据相关规定，在制造环节，相应人员需在弯头外侧及时焊接振打杆，同时要保证焊接过程中，其弯头外侧产生的应力要对内侧应力大，只有这样方可最大限度减少裂纹。

（3）蒸发器运行中，产生了汽水混合物，通过查看相应的水质化验记录，了解到余热锅炉内部水的各项指标都在自然循环蒸汽锅炉水质标准限定内，如锅外水质标准为，pH值需控制在11.2到12.0之间，在严格的技术标准下，使得管内介质碱性增强。因为余热锅炉蒸发器管采用的是立式布置，所以停止当前操作后，炉内水无法自然排出，此时弯头处水的含盐量较高，造成管壁腐蚀严重。

（4）管壁腐蚀并开裂的情况会随着余热锅炉运行而减弱，在停止操作的环节，管壁腐蚀加重，同时在应力作用下产生了腐蚀性裂纹，这就是在显微镜下看到的二次裂纹。二次裂纹会沿着晶界缓慢扩散，碳钢碱应力腐蚀开裂加剧，导致无法正常工作。

泄漏原因：根据以上测试，弯头穿孔情况的发生很有可能是因为现场焊接中，焊缝不严实，从而未能形成至质量较好的保护性氧化膜，形成的氧化膜中不含耐海水侵蚀材料，这对氧化膜的严密性和保护效果产生直接影响。蒸发器在运行中其抗腐蚀性能受到影响，因此在后期的维护，相应人员无法及时发现泄露事故的发生原因，忽略了腐蚀材料的优劣，没有让管件经历一定的钝化过程[4]。通过试压操作发现，焊缝部位钝化时间较长，局部腐蚀严重，在运行中不能发挥出一定的安全防护作用，长此以往出现了蒸发器局部损坏的情况，无损试压中，焊缝金属表面没有质量较好的致密性氧化膜作为保护，随着材料腐蚀程度越来越严重，最终母材也发生腐蚀。

3.弯头穿孔泄露事故的防护方法

运用专用涂料：在更换弯头之前，相应人员认真的在弯头内壁及弯头前后涂刷300mm厚的蒸发器专用涂料，对于涂料距离焊缝部位的120mm处，采用先进技术，将其内壁进行打磨和抛光，使内壁表面平滑，便于介质顺利过渡。涂料刷好之后，还需要对弯头进行再次检查，检查弯头内壁的防腐蚀涂料是否涂刷均匀、涂层是否完好，是否留有冲刷痕迹，对于内壁存在少量锈迹的部位进行再次处理和打磨，利用涂料，有效减缓介质对管道内壁腐蚀。

执行严格的整改措施，科学检验管道材料质量是否合格，对其流速进行检测，结合实际情况，有针对性的采取补救措施，如全面检查蒸发器管子，检测管道内壁厚度，使用T11材料更换掉原有材料，有效的抑制局部腐蚀。检查模板与内衬板之间的焊缝是否严密，重新将模板与内部集箱之间的缝隙密封严实，有效防止外部温度变化引起蒸发器管子内部温度变化。

加强操作工艺改进，对现行的操作技术进行重新分析，了解余热锅炉运行中可能出现的隐患问题，有目的的开展弯头穿孔泄露隐患排查，有计划的展开安全事故防范。采用先进技术改进操作工艺，提高蒸汽密度，从而降低因为汽水混合物带来的流速不稳定的问题。比如某人员为提高锅炉制造技术，及时对现行的蒸发器进行技术改造，首先明确技术改造思路：提高锅炉使用寿命，对蒸发器装置进行重新布局。采用先进的技术方案：使用具有自我保护功能的余热锅炉蒸发器，烟气通道内设置有过热器、省煤器、蒸发器，蒸发器设置了两个，便于烟气顺利从烟道出去，采用竖直型烟道，蒸发器管道采用的是水平布置。省煤器输入口连接供水装置，蒸发器的输入口和输出口均连接汽包，利用先进的蒸汽设备，便于将电子气压计的数据及时分享，并传递给总控制中心，保护蒸发器受热后送出高压蒸汽，避免蒸发器磨损严重，还能防止管道腐蚀。

4.结束语

综上所述：人员在了解显微镜观察蒸发器弯头穿孔泄漏情况环节，采用显微镜观察法、圆度测量法、金相分析法等多种方法，还进行敏感性测试，从而找到弯头穿孔泄露原因。针对观察情况和泄露原因分析，提出了改进蒸发器工艺技术的建议，以此采取相应的整改措施：使用专用涂料、全面检查、加强蒸发器操作工艺改进，对蒸发器装置进行重新布局，使用保护性能强的蒸发器，烟气通道内设置有过热器、省煤器、蒸发器，避免蒸发器磨损和腐蚀。

参考文献:

[1]伍韶君,钱克甫.余热锅炉蒸发器弯头穿孔泄漏原因分析[J].设备管理与维修,2018.

[2]张尧,苏德林,李光耀,等.一起蒸发器爆管事故的原因分析及预防措施[J].发电设备,2017,31(3):219-222.

[3]孙吉星,金曦,李敏,等.某海上油田海水管线系统弯头腐蚀穿孔的原因[J].腐蚀与防护,2016,37(10):802-805.

[4]叶发强,樊帆,郑军如,等.催化裂化装置德尔塔型余热锅炉技术改造[J].石油化工设备,2016,45(6):77-81.