【doc】电厂机组低压加热器钢管失效泄漏与对策

电厂机组低压加热器钢管失效泄漏与对策501998年第2L卷第3期电厂机组低压加热器铜管失效泄漏与对策熊小刚贾碧容攀钢发电厂鲨筮隧了劬融关键词苎兰兰兰塑盟言毽吱R同鬻铜管理后启凝泵试攀钢发电厂装机容量为3IOOMW汽轮机组回热系统为二高四低一除氧其低压加热器采用JD20OI型立式加热器1号机组L993年8月投产Z号机组1993年L2月投产3号机组L995年4月投产,三台机组投产后,运行方式为一运二备用,交替倒机运行在L号机组累计运行168544H,2号机组L7122,9H,3号机组46071H后,1998年1月,1,2号机组作定期停运检查,在启动凝泵作试验时发现L号机3台2号机4台低压加热器均有泄漏现象表1如此大范围低压加热器铜管失效泄漏确属罕见为此对低压加热器简称低加进行了抽芯割管检查表11,2号机低加铜管泄端数量2低压加热器铜管失效损坏形态低加铜管为U型布置过去低压加热器发生泄漏时就将U型管的两头堵住,未进行抽芯检查此次抽芯处理过程中发现低加铜管非常脆弱24低加在堵管时,轻微的敲击就验时由于水的冲击,铜管重复发生泄漏,致使连续3次揭盖堵管处理对铜管失效泄漏最严重的24号进行了抽芯割管检查从外观看,铜管失效破裂部位大多发生在U型管弯头处破裂区呈沟槽状槽宽13RAM为脆性破裂特征另有两处发生在距进水侧隔板20CM处的直管上3金属状况分析31材质检验对损坏铜管和完好铜管均取样进行了光谱分析经测定其ZN含量为2530,材质为H7O符合使用要求32破口宏观分析1直管破口有一定程度的张口,破裂处有鼓包现象内凹外凸,内壁裂纹处有红色腐蚀产物附着主裂纹沿铜管轴向发展其周围有与之平行的簇状疲劳纹外壁钝化膜完整且无腐蚀痕迹,破口断面平整管壁无明显减薄,断面有紫红色和黑色腐蚀产物附着,整体表现为脆性疲劳腐蚀破裂特征2弯管裂口大多分布在外弧面中部及中性面等应力较为集中处弯血半径越小开裂越明显,较大弯曲半径的弯管只在底部外弧面沿截面发生开裂外壁钝化膜完整无猎蚀内壁开裂处有白色沉积物及红色腐蚀产物裂口断面平整管壁无减薄断面有紫红攀钢技术51包和黑包腐蚀产物附着整体表现为应力腐蚀开裂特征33光学金相分析331取样位置及腐蚀方法采用手工锯割管对以下位置进行取样A一直管未开裂管段过硫酸氯溶液侵蚀氯化亚铁盐酸水溶液侵蚀B一直管最大开口部位过硫酸氨溶液侵蚀氯化亚铁盐酸水溶液侵蚀C一直管主裂纹尖端部位过硫酸氨溶液侵蚀氯化亚铁盐酸水溶液侵蚀D一弯管主裂纹尖端部位过硫酸氨溶液侵蚀氯化亚铁盐酸水溶液侵蚀332金相分析1A试样中铜锌两相组织正常,外表面有轻微脱锌现象,沿内壁有多条显微裂纹深浅不一,裂纹多沿晶界发展尖端较圆钝2B试样中铜锌两相组织正常3C试样中铜锌两相组织正常,主裂纹尖端圆钝沿晶发展4D试样中铜锌两相组织正常,组织较直管细小显示有热处理痕迹,裂纹多沿晶界发展,尖端较圆钝34制作工艺及应力状况分析经查阅产品质量认证书采用的JD一20一L型低压加热器符合B114780钢制列管式抉热器技术条件之要求,其性能参数见表2低加铜管扩口,压扁,液压试验合格低加出厂前进行过热处理,但未进行氨薰检验另外低加在安装时亦未进行氨薰检验表2低压加热器性能参数4失效破裂原因分析根据铜管破裂损坏的特征,判定铜管失效是应力腐蚀的结果应力腐蚀是在拉应力和特定的腐蚀环境的共同作用下发生的脆性断裂,是一种极为隐蔽的局部腐蚀低加发生应力腐蚀的首要条件是要有腐蚀环境由于电网原因,3台机组只能一运二备备用机组的低加长期未进行保养低加水侧的凝结水积存在低加不能排出机组采用氯加联胺的方法来控制水气系统的PH值和溶解氧浓度,由于氨是易挥发物质,锅炉蒸气中古有一定量的氨蒸气在汽轮机中做功后凝结成水在密闭的容器内,当绝大部分蒸气都凝结为水时,凝结水中氨的浓度就接近入口蒸气的浓度这佯凝结水中便舍有侵蚀性介质氨和氧,这种特定的腐蚀介质为应力腐蚀提供了条件即使含量极少,在铜管受到应力作用时其对铜管的腐蚀也非常严重根据应力腐蚀机理,铜管沿晶开裂主要发生在PH6377而以PH7173裂纹扩展速度最快我厂备用机组低加水侧积存的凝结水PH一般为6575恰好处于该危险区域另外正常运行时凝结水PH控制在8893,虽处于铜腐蚀的缓蚀区,但水中同样溶衙有少量的氨和氧,对铜管产生应力腐蚀也有一定的作用低加发生应力腐蚀的另一个必要条件就是铜管受到拉应力的作用低加在出厂前和安装时未进行氨薰检验只在出厂前进行了热处理,铜管在弯制过程中产生的残余应力未得到彻底消除这样低加铜管在拉应力及NHO共同作用下产生了慢性腐蚀长时间的应力腐蚀,保护膜遭到破裂膜破裂处为阳极,未破裂处为阴极初级腐蚀产物水解产生H一使坑内PH下降形成腐蚀产物封闭腐蚀电池,在闭塞电池内继续腐蚀酸化,使蚀坑增大在应力作用下形成裂纹这与低加铜管多在弯管外弧面中部及中性面等应力较集中区产生脆性破裂失效的实际情况相吻合521998年第21卷第3期另外,低加采用随机启停方式,但在投入水侧使用时,未逐段进行注水,易形成空气和水的冲击,而且在低加铜管进水端,由于水的涡流作用,会发生气泡的冲击这样在多种交变应力及NH,0微腐蚀状态的作用下,产生了疲劳腐蚀,致使直管在距进水管20CM处出现了两处疲劳腐蚀破裂失效分析表明,此次铜管破裂失效不是由于蒸气侧氨蚀原因造成的机组虽然采用联胺来消除残留氧,用氯和联胺来调节水气系统PH值,但机组在运行中指标控制得相当稳定运行气水指标控制情况见表3,从表中可以看出,给水中FE,CU离子含量均小于部颁标准表明低加运行中产生氨腐蚀的可能性极小丧3气水运行指标NHI给水NH3培耸木CU言木PHGRAG/LG,LG,L部旗标堆10LO503O58893宴值O4O640252B48993氨腐蚀机理认为当溶液中含氨量在200MG/L以下时,氨腐蚀较轻微即使考虑气侧蒸气的多级凝结造成氨的局部浓缩,也与腐蚀失效特征不相吻合因为蒸气发生多级凝结时,氨的浓度取决于其在气相和液相的增加过程,而氯的气水分配系数是与温度有关的函数蒸气在14号低加发生多级凝结时,氨的浓缩应该是随低加凝结段入口温度增加而逐级减弱,也就是说1号低加凝结段氨浓缩最严重,4号低加最轻这与4号低加铜管失效最严重不相对应另外,蒸气的多级凝结一般发生在缝隙,裂纹,小孔等不流动部位,即氨的浓缩导致的氨腐蚀应该是在低加隔板或支撑板处,这也与低加铜管破裂多发生在弯头处不一致5建议1在目前状况下,建议进行125倍设计压力的水压试验,对腐蚀严重的铜管进行破坏性查漏堵管,防止运行中低压加热器出现大面积的铜管失效泄漏而影响机组安全运行2对运行机组的气水品质进行严格监督和控制,尤其要保证凝结水中NH,O的含量在合格范围内3运行时,应尽量控制低加水位在正常范围内,并要求凝结水压力稳定且不超过低加额定工作压力4低加组采用随机启停方式,特别是在投入低加水侧时,应逐段缓慢注水,减少对低加铜管的冲击S对停用机组的低加,应采用充氮等化学保养手段,以改善和消除铜管产生应力腐蚀的环境6更换新的低加铜管时,应进行氨薰检验,以彻底消除应力,并尽可能考虑使用钛管,铜镍台金等材料,特别是非铜合金材料,这对整个机组的防腐和气水品质的控制都有利6结论由以上分析可得出下列结论1由于低加铜管在出厂前及安装时未进行氨薰检验,加之铜管在弯制过程产生的内应力没能有