寻找锅炉管故障的根本原因

寻找锅炉管故障的根本原因

你是否曾经修理过一个锅炉管泄漏，把设备重新投入使用，结果却因为另一个泄漏而被迫下线？

识别和纠正管道故障的根本原因对于减少未来问题的发生至关重要。全面评估是确定故障根本原因的最有效方法。管子故障通常是其他问题的症状。为了充分了解故障的原因，除了评估故障本身外，还必须调查导致故障的锅炉运行的各个方面。

当您遇到管故障时，利用B&W的专业知识来帮助您确定并消除问题的根本原因。我们经验丰富的现场服务工程师可以帮助收集所有相关信息。更好的是，让我们帮助制定一个完整的状态评估计划，以帮助在故障发生之前消除管道问题。

以下是一些在现代运行的锅炉上最常见的锅炉管失效机制。我们将这些问题分为三个部分，包括它们的症状、可能的原因、通常受影响的组件和解决方案：

• 水边破坏机制
• 炉边失效机制
• 一般失效机制

水边破坏机制

苛性攻击

症状：管内内径（ID）表面局部壁损，导致管壁应力和应变增加。

原因：内径管表面沉积过多，会发生苛性碱发作。这导致与管道接触的冷却水流量减少，从而导致局部沉积下沸腾和锅炉水化学物质的浓度。如果与高pH值的锅炉水化学沉淀物结合，则会产生腐蚀性侵蚀和破坏保护性磁铁矿的腐蚀性条件。

通常受影响的部件：炉壁管或任何倾斜管。

解决方案：为了防止再次发生腐蚀性刮蚀，操作人员应防止积聚过多的沉积物，并控制水化学，使锅炉水不会在化学品集中的区域局部形成腐蚀性。在某些情况下，沿倾斜管顶部的腐蚀性凿槽与蒸汽-水分离有关，这种分离可以通过使用肋管来避免。控制水化学可以通过确保适当的给水化学与磷酸盐锅炉水处理来实现。

氧点蚀

症状：锅炉管局部腐蚀严重，管壁脱落。凹坑可以作为应力集中的地方，可以作为应力相关腐蚀机制的起始点

原因：由于锅炉水中氧气过多，会发生氧点蚀。它可能发生在运行过程中，由于泵的空气泄漏或锅炉前水处理设备的运行故障。如果在铺设过程中没有遵循适当的程序，这种情况也可能发生在长时间的服务中断期间，例如中断和存储。

管道在闲置期间更普遍的氧化有时被称为停用腐蚀。当水与铁反应形成氧化铁时，湿的表面会被氧化。

通常受影响的部件：在停机期间，水淹或不可排水的表面，如过热器回路或下垂的水平过热器和再热器管和供应线，最容易受到影响；此外，当乏氧水用于启动或锅炉的加速冷却时。在运行中的锅炉上，最普遍的是在锅炉前给热水器和省煤器附近。

解决方案：在锅炉停机期间遵循适当的铺设程序，并在锅炉启动和锅炉运行期间改善氧气控制。

氢损伤

症状：晶间微裂。管状材料失去延性或脆化，导致脆性灾难性断裂。

原因：最常见的是内径管表面沉积过多，加上锅炉水pH值过低。水化学紊乱，如冷凝器泄漏可能发生的情况，特别是用盐水冷却介质。导致酸性（低pH值）污染物可以集中在沉积物中。沉积下的腐蚀释放出氢原子，氢原子迁移到管壁金属中，与钢中的碳发生反应（脱碳），并导致晶间分离。这些故障通常（虽然不一定）与油管表面的重垢有关。

通常受影响的部件：通常发生在高热流密度的区域，通常局限于水冷壁管。

解决方案：防止油管水侧结垢，以及严格控制水化学，可以帮助防止氢损害。

酸攻击

• 症状：管道金属表面腐蚀，导致管道内径出现不规则的凹坑或瑞士奶酪外观。
• 原因：最常见的原因是锅炉化学清洗过程控制不良，残留酸清洗不充分，和/或清洗后钝化不充分。
• 通常受影响的部件：水冷壁管。
• 解决方法：控制水化学，注意化学藏身处，在锅炉化学清洗期间保持适当的控制。

应力腐蚀开裂

故障的特征是出现厚壁、脆性型裂纹。可能出现在外部应力较高的位置，如附件附近。最常见的是与奥氏体（不锈钢）过热器材料有关，并且可以导致管壁的穿晶或晶间裂纹扩展。应力腐蚀（或应力辅助腐蚀）裂纹通常是由与主断裂区相关的许多小次级裂纹组成的分支。

原因：它发生在高拉伸应力和腐蚀性流体并存的地方。损伤是由内径扩展的裂纹造成的。如果过热器没有得到适当的保护，腐蚀性流体的来源可能会从蒸汽鼓或锅炉酸清洗时的污染带入过热器。

通常受影响的部件：不锈钢过热器和再热器管。

解决方法：避免水携流控制试水方法，清洗后冲洗。

水边腐蚀疲劳

症状：ID引发，宽的穿晶裂纹，通常发生在外部附件附近。破坏是灾难性的，由垂直于应力方向的内径裂缝引发的厚唇破坏

原因：热疲劳和腐蚀共同作用导致管损坏。腐蚀疲劳受锅炉设计、水化学、锅炉水中氧含量和锅炉运行的影响。这些影响的结合导致锅炉管内径表面的保护磁铁矿击穿。失去这种保护层会使管子受到腐蚀。这个问题最可能在锅炉启动周期中出现。

通常受影响的部件：附件和外部焊接件的位置，如锚杆附件、密封板和扇贝杆，是最容易受到影响的。

解决方案：减少循环次数，减少对管道的限制，降低启动时的溶解氧。

炉边失效机制

燃料灰腐蚀

症状：外管壁丢失，管应变增加。当除去水垢和腐蚀产物时，管子通常具有凹坑状外观。

原因：燃料灰分腐蚀是燃料灰分特性和锅炉设计的函数。它通常与燃煤有关，但也可能发生在某些类型的石油燃烧中。在锅炉设计中，在确定锅炉的尺寸、几何形状和材料时，要考虑灰特性。对流通道中的燃烧气体和金属温度是重要的考虑因素。当某些煤灰成分在过热器或再热器管表面保持熔融状态时，就会发生损坏。这可能具有很强的腐蚀性。

通常受影响的部件：过热器和再加热器。

解决方案：减少燃料灰腐蚀最直接的方法是使用铬浓度较高的材料。一般来说，铬含量为20%的材料比铬含量低于20%的材料具有更低的燃料灰腐蚀率。在腐蚀性很强的锅炉位置，安装奥氏体不锈钢管屏蔽罩已成功地减少了燃料灰腐蚀。在燃料中添加钙和镁也有助于减轻燃料灰腐蚀。

高温氧化

高温氧化在外观上与燃料灰腐蚀相似，但常常与之混淆，高温氧化可能局部发生在相对于管材料氧化极限具有最高外径（OD）表面温度的区域。确定燃料灰腐蚀或高温氧化机理的根本原因最好通过管状分析和水垢和沉积物的评价来完成。

水壁炉边腐蚀

症状：外管金属损失（损耗）导致管变薄和管应变增加。

原因：当燃烧过程产生还原性气体（亚化学计量）时，水冷壁管的外表面发生腐蚀。这在回收锅炉的下炉中很常见。对于燃煤机组来说，燃烧器调整不当或采用分段燃烧（带过火空气口）的锅炉更容易受到具有还原性大气的较大局部区域的影响，从而导致腐蚀速率增加。

通常受影响的部件：水冷壁管。

解决方案：防止炉壁锅炉管腐蚀的主要方法是在腐蚀最严重的地方使用高镍/高铬焊缝覆盖层。对于这种应用，也可以考虑使用耐腐蚀热喷涂。

炉边腐蚀疲劳

症状：管道在外径表面产生一系列裂纹，并蔓延到管壁。由于损坏发展的时间较长，管的表面往往发展外观描述为象皮，鳄鱼皮或开裂。最常见的损伤是一系列的圆周裂纹。

原因：腐蚀与热疲劳共同作用导致损伤的发生和扩展。管道外径表面经历热疲劳应力循环，这可能发生在炉渣的正常脱落、吹灰或锅炉的循环运行中。热循环除了使材料承受循环应力外，还会导致弹性较小的外管鳞片开裂，并使管基材料暴露于反复腐蚀中。

典型影响部件：这种类型的锅炉腐蚀疲劳常见于燃煤直通锅炉设计的炉壁管，但也发生在鼓式锅炉的管上。

解决方案：降低启动和关闭期间的斜坡速率，以减少热应力。优化吹灰操作，使热应力最小化。

侵蚀

症状：管子外径导致金属流失。损伤将集中在管子的冲击面。最终的破坏是由于管材被腐蚀时应变增加而导致的破裂。

原因：管表面的侵蚀是由外表面的撞击引起的。燃烧高灰分燃料，如美国西部的亚烟煤，可能会导致更多的侵蚀、结渣和结垢问题。侵蚀介质可以是燃烧气体流中的任何磨料，但最常见的是与飞灰或吹灰蒸汽的撞击有关。在吹灰器蒸汽是主要原因的情况下，腐蚀可能伴随着热疲劳。

通常受影响的部件：常见的近吹灰器；在节能器、过热器和再热器的前沿；当烟气中有旋涡或周围的涡流时气体的速度或方向会发生变化。

解决方法：对于飞灰侵蚀，应在锅炉内均匀分配气流，并考虑使用低灰分燃料。优化吹灰操作，尽量减少破坏性冲击。

机械疲劳

症状：损伤通常导致外源性裂纹。失效往往局限于高应力或约束区域。

原因：疲劳是部件周期性应力的结果。与热疲劳效应不同，机械疲劳损伤与外部施加的应力有关。应力可能与由于烟气流动或吹灰器（高频、低振幅应力）引起的振动有关，也可能与锅炉循环（低频、高振幅应力机制）有关。

典型受影响的部件：疲劳失效通常发生在约束区域，如管道穿透、焊接或支撑。

解决方案：确定并尽量减少热或机械循环应力的来源。

一般失效机制

短期过热

症状：失败导致管金属的延展性破裂，通常以管中典型的鱼口开口为特征，其中断裂表面是薄边缘。

原因：锅炉启动时，短期过热故障最为常见。当由于缺乏冷却蒸汽或水流而导致管道金属温度过高时，就会发生故障。一个典型的例子是过热器管在锅炉启动时没有清除冷凝水，阻碍蒸汽流动。管道金属温度达到燃烧气体温度1600华氏度（870摄氏度）或更高，导致管道失效。

通常受影响的部件：炉壁管、过热器、再热器。

解决方法：确保管道和弯头内没有堵塞。按照规定的关闭和启动程序煮沸任何冷凝水。

长期过热

症状：与短期过热相比，失败的管子有轻微的肿胀和狭窄的纵向裂口。管金属通常有严重的外部结垢和二次开裂。

原因：长期过热，持续数月或数年。过热器和再热器管通常在使用多年后由于蠕变而失效。在正常运行过程中，合金过热器管在使用寿命期间会经历温度和应变的增加，直至蠕变寿命的延长。炉水冷壁管也可能因长期过热而失效。在水冷壁管的情况下，管道温度异常升高，最常见的原因是水边的问题，如沉积物、水垢或流动受限。在过热器或水冷壁管的情况下，最终的失效是蠕变破裂。

通常受影响的部件：炉壁管、过热器、再热器。

解决方案：纠正水冷壁管的火焰冲击问题。纠正水/蒸汽循环分配不均的问题。用化学方法清洁管道以改善传热。通过循环平衡炉膛/烟道气温度以降低管道温度。

石墨化

症状：失败易碎，边缘断裂较厚。

原因：在相对较高的金属温度下长期操作会导致含碳量较高的碳钢或碳钼钢的损坏，特别是在焊接热影响区（HAZ），并导致材料的独特降解。这些材料，如果暴露在过高的温度下，将经历钢中的铁碳化物的溶解和石墨结核的形成，导致强度损失和最终失效。突然的管道故障可能在没有任何警告的情况下发生。

通常受影响的部件：在温度相对较低的过热器和再热器部分（如管道）最常见。

解决方案：使用可用的石墨化预测曲线来确定风险最大的位置。评估来自风险最大地点的样本。更换显示石墨化迹象的组件。

异种金属焊缝（DMW）失效

症状：故障之前很少或根本没有管退化的警告。材料沿焊缝熔合线在焊缝铁素体一侧失效。失效往往是灾难性的，因为整个管将在管截面的圆周上失效。

起因：DMW描述了奥氏体（不锈钢）材料与铁素体合金（如SA213T22）材料连接的对接焊缝。DMW位置的失效发生在对接焊缝的铁素体一侧。这些失效可归因于以下几个因素：由于两种材料膨胀性能的差异，奥氏体-铁素体界面处的高应力，过度的外部加载应力和热循环，以及铁素体材料的蠕变。故障是操作温度和机组设计的函数。

通常受影响的部件：过热器和再热器出口组连接到出口集管。

解决方案：用车间焊接的荷兰人或使用镍基焊接金属的现场焊接取代dmw。确保dmw所在的位置在操作期间不会过热。