浅谈电站锅炉四小管的湍流腐蚀

浅谈电站锅炉四小管的湍流腐蚀

冯国行

（广东省特种设备检测研究院顺德检测院广东佛山528300）

我们常说的电站锅炉“四小管”就是锅炉主要受热面的省煤器管、水冷壁管、过热器管和再热器管。湍流腐蚀实际上是高速流体的机械破坏与电化学腐蚀这两种作用对金属共同破坏的结果。

根据流体介质的不同，可把其分为两类：

——飞灰湍流腐蚀

——吹灰湍流腐蚀

由于设计或运行异常导致产生高流速烟的灰或者夹带水或烟灰的吹灰介质的存在，在经过变截面空间的金属管子时，将会形成湍流。层流对金属的腐蚀并不显著，湍流则对金属的腐蚀极其严重，原因在于湍流不仅加速了阴极去极化剂的供应量，而且又附加一个流体对金属表面的切应力。这个切应力能够把已经形成的腐蚀产物剥离并让流体带走，烟灰中含有的固体颗粒或者吹灰介质中夹带着的水或烟灰颗粒，还会增加切应力的力矩，使金属表面磨损腐蚀更加严重；在受到湍流腐蚀的金属表面，由于流体的流动方向是以切向作用与金属表面层，从而使其表面呈现深谷或马蹄形的凹槽，蚀谷光滑且无腐蚀产物的积存，但不能把上述的湍流腐蚀看成是纯机械力的破坏。因为金属是以电化学腐蚀作用下的产物被剥离去除的，并不是以粉末或其它切削形式脱落，电化学腐蚀主要是以基体金属为阳极，表面膜（Fe3O4和∝-Fe2O3）为阴极的构成的，阳极反应物为烟气中的氧。所以，湍流腐蚀与常见磨损的区别在于：磨损仅仅是一种机械冲刷破坏作用，而湍流腐蚀还存在电化学反应过程。

1.飞灰湍流腐蚀

湍流腐蚀是指高流速的烟灰对受热面管子造成机械破坏和电化学腐蚀作用，使管子金属受到湍流腐蚀而减薄，以致失效。

（1）失效典型位置

对于省煤器部件，常见失效典型位置有：

——管弯头处；

——省煤器上升段；

——形成高流速烟气的区域。

图1省煤器悬吊管上残留障碍物形成高流速区

对于过热器部件和再热器部件，常见失效典型位置有：

——低温段；

图2低温过热器垂直段焊缝余高形成高流速区

——炉膛顶部区域；

——形成高流速烟气的区域。

图3隔板上小孔洞形成高流速烟气吹损再热器管子

（2）爆口体征

湍流腐蚀的爆口宏观形貌体征有：

——断口为塑性薄唇式，或脆性厚唇式（这与清理灰分时间有关）；

——管子表面较干净，没有残留物，仅能在表面发现点状物；

——管子周长几乎不变形；

——管子表面有深谷或马蹄形的凹槽；

——其爆口微观组织正常，无变化。

（3）飞灰湍流腐蚀根本原因

由于设计上原因，存在着烟气走廊，或者安装上管排间距不符合设计数值，造成烟气高流速通过，或者在运行中烟道局部堵塞，这些都会导致烟气气流流速增加，在高流速烟灰作用下，局部金属表面膜（Fe3O4和-Fe2O3）被除去，裸露金属表面腐蚀膜再钝化，重复这种过程，金属表面便形成蚀坑，蚀坑的大小，深浅以及其形状与作用的时间、流速的大小、介质的成份以及温度等诸因素相关，蚀坑使管壁减薄直至爆管。

2.吹灰湍流腐蚀

吹灰湍流腐蚀是指高速的吹灰介质夹带着水或飞灰冲刷炉管，使管子金属发生湍流腐蚀而减薄，造成失效。

（1）失效典型位置

对于水冷壁部件，发生吹灰湍流腐蚀的失效典型位置是吹灰器周围管子，受到吹灰器直接冲刷的炉膛角隅处管子；

图4吹灰器区域周围的管子的管子吹损严重

图5炉膛角隅处管子吹损严重

对于省煤器部件，发生失效典型位置是沿吹灰器吹灰方向的管子；

图6吹灰器吹灰方向的管子

对于过热器部件和再热器部件，常见失效典型位置有：

——设于烟气入口处的可伸缩式吹灰器，靠近炉墙的第一根管子；

图7靠近炉墙的管子

——沿吹灰器吹灰方向的管子。

（2）爆口体征

对于吹灰湍流腐蚀，爆口宏观形貌特征有：

——断口为脆性薄边缘，或孔洞泄露；

——管子几乎没有变形，没有氧化；

——管子表面有碗腐蚀；

——其爆口微观组织正常，无变化。

（3）吹灰湍流腐蚀根本原因

由于吹灰器运行状况不良，或者安装位置不好，使高速的，有磨损性的吹灰介质直接冲刷炉管，把金属表面膜除去，而露出来的“新鲜”金属表面又迅速腐蚀，表面膜再次钝化，腐蚀膜又被冲掉，如此反复，以致管子圆周应力逐渐增大，最后因强度不足而失效。

3.整改与预防措施

（1）飞灰湍流腐蚀

通过测量冷态空气速度场，以决定高流速区位置，从而对受飞灰湍流腐蚀的管子进行重点监控，或进行换管处理：可选用既耐腐蚀又耐磨损，或者表面膜非常稳定，钝化率高的合金钢，或者采用表面喷涂耐磨材料的管子。同时可以考虑在受飞灰湍流腐蚀严重的部位安装防护瓦或扩散屏等，也可在弯头外侧堆焊耐腐蚀的硬质金属。

（2）吹灰湍流腐蚀

要精心维护吹灰器，保证吹灰器安装正确和吹灰介质不易带水。对吹灰湍流严重部位的管子进行喷涂处理，在其表面喷涂耐磨材料。也可以进行换管处理：可选用既耐腐蚀又耐磨损，或者表面膜稳定钝化率高合金钢管，并可使用防护瓦或扩散屏保护。