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大唐陕西发电有限公司延安热电厂 陕西省延安市 716000
摘要：本文讨论了电厂锅炉水冷壁管出现内腐蚀缺陷的原因，并在此基础上开发了针对这类缺陷的对策，从而让电厂锅炉水冷壁管在运行过程中，可以在很大程度上防止出现内腐蚀缺陷问题，最终让该设备的运行安全性可以得到保障。
关键词：电厂锅炉；水冷壁管；内腐蚀
引言
电厂锅炉水冷壁管内部的水投入之前，会经过化学处理，防止出现水垢问题，然而从实际的实践成果上来看，即使经过了全面的水体处理，但是依然会由于一些因素的存在，导致在锅炉的长期运行中，逐渐出现内腐蚀现象，因此在具体的处理阶段，必须要能够通过对内腐蚀现象成因的分析之后，建立专业性的管理标准和维修制度。
1机理阐述
水冷管壁在高温火焰和烟气的辐射下，表面会逐渐形成一层较为疏松的氧化铁。燃烧扰动的飞灰，逐渐依附在水冷壁壁面的氧化铁上，金属氧化物凝结在上述积灰中形成水冷壁第一层沾污层，再与烟气中的硫化物产生化学反应，便形成了的硫化铁类产物，具有较低的熔点，随着时间累积，受热面上灰层厚度增加，受热面吸收热量阻力热阻降低，换热效率下降，化合物形成的灰层表面温度升高，使形成的的硫酸盐类化合物熔化，产生更大的粘合力，更大量沾结烟气中飞灰，使热交换进一步恶性循环，而且此种化合物渣层比较疏松，烟气中的含硫气体在还原氛围中反应，化合物达到熔点后又放出SO2侵入水冷壁管材，产生含钠、钾和铁元素的化合物，在580℃左右便会溶化，再分解为硫酸盐类，反复深入管壁腐蚀。长期反复作用下，最终导致水冷壁泄漏。
2电厂锅炉水冷壁管出现内腐蚀缺陷的原因
2.1故障基本情况
本文的研究过程中，以某电厂的锅炉水冷壁管为研究对象，发现该该系统内还有两台锅炉，炉膛的周围由φ60×6.5毫米，节距为80毫米的管道组成，该区域内的所有管道材质为20G，炉膛的宽度为11.92米，深度为10.8米，高度为45米。水冷壁管整体上可以分为上部、中部、下部以及燃烧器区域四个部分，煤粉燃烧器的配置高度为14.4~20.2米，前后区域内的水冷壁下部管道倾斜度为50°，并且在其中构成的冷灰斗中或许笼壁上部内，向炉膛内部弯折3米，从而构成折焰角，前后和两侧的水冷壁管最终构成了四个回路，形成了16路循环系统。
2.2外观检查
在外观检查过程中，通过割管检查方法，可以确定发生事故锅炉在管口处的背火侧管内，通过肉眼观察发现整个结构表面平滑，并且管壁的厚度正常，而对于向火侧，内壁则呈现出坑穴状特点，并且其中存在黑色的垢层，且该结构局部表现为偏红色。
2.3壁面强还原性气氛
为了控制NOx排放的浓度，采取分级燃烧是采取的措施之一，氧量环境的控制造成了水冷壁壁面附近具有强还原性气氛，此电厂采用的是低NOx燃烧器，此种燃烧器原理是通过增大燃烬风开度，增加风量，降低燃烧器区域的壁面氧含量，还原性氛围增强，更容易发生高温腐蚀。同时，此电厂机组网调控制参与电网调峰，水冷壁短期内承受锅炉负荷频换变换带来的交变热应力，易出现疲劳裂纹，煤粉硫份渗入疲劳裂纹产生硫腐蚀，更进一步加剧裂纹生长，最终导致爆管泄漏。
2.4内腐蚀成因
炉管表面出现缺陷的成因可能包括应力断裂、疲劳磨损、腐蚀以及质量控制失误等，而所有的失效形式，成因和表现特征不同。
对于应力断裂，主要是处于过热运行状态；疲劳失效则通常意味着有氧化皮和裂纹特征；管壁冲击磨损主要发生在管道的外壁区域，特征为管道的外壁厚度减小；高温腐蚀和低温腐蚀则主要集中和发生在烟气区域内，失效表现的宏观为出现坑穴状、麻点状的沟槽。
在本文分析的案例过程中，发现在所有缺陷的形成阶段中，水冷壁上并不存在过热运行工作环境，同时整个炉管的外壁处于正常工作状态，并不存在横向性的裂纹，因此通过对之前已经取得所有综合分析信息的探索，可以判定集中式爆管的故障原因为垢下腐蚀，其原因在于，由于该管道运行时间过长，为25年，因此即使在日常的工作过程，已经对水体本身进行了处理，但是依然会在长年累月的工作过程中，在管壁上逐渐生成水垢。
在水垢出现之后，由于水垢本身具有极差的传热性，因此该区域的金属管壁温度会急剧提高，之后锅炉内的水会逐渐渗入到水垢下，会在该区域内发生急剧的蒸浓作用，炉水出现高度浓缩现象时，炉水中的氢氧根会在管壁中最终形成简化腐蚀环境，从而让水冷壁的内壁保护膜受到破坏。在炉水的作用下，形成碱性原电池效应，并且该过程伴随有氧腐蚀，阴极上发生的反应会生成氢气，而氢气能够和钢中的渗碳体反应，使得铁的体积缩小，让管道的结构变化，从而使得管壁强度下降，且该区域的问题影响速度加快，此时管壁的薄弱处无法承受汽水介质的压力，从而发生爆管问题。
3电厂锅炉水冷壁管出现内腐蚀缺陷的对策
3.1构造自控系统
自动控制系统的建设过程中，企业可以通过对整水冷壁管系统运行过程中所有参数的监管和记录，系统性分析当前系统运行过程中是否存在安全隐患。比如针对水质的检查系统，考虑到在管道的运行过程中，只是对于其中一些金属离子的沉降，最终形成了水垢，因此需要在系统内，全面配置针对这类离子的专业检查传感器，且该传感器要能够直接和报警系统与运行控制中枢关联，发现存在运行问题时，要第一时间发出警报信息，从而让所有的人员参与到对水质的进一步协调和处理工作。另外也需要对水冷壁管中的一些设施运行过程中，所存在的薄弱点加强检查，尤其是对于水冷壁管的温度，更是需要通过实时的监管工作，研究当前是否处于高稳定运行状态。
3.2设计上调整部分节流圈孔径
转炉余热锅炉水冷壁管位于烟道中的位置不同其受热负荷也不同，有些部位的管道受热强，有些则受热弱，如果在水流量相同的情况下，水冷壁出口就会有温差。如果通过调整节流圈的孔径，让受热强的水冷壁管流量多于受热差的水冷壁管流量，这样就有利于减小热偏差。在生产实践中，通过增大活动烟罩下沿节流圈的孔径，减小循环阻力，使该部位的工质流量增加，从而降低烟罩下沿管段的截面含汽率，避免传热恶化造成管壁超温。
3.3进行防腐喷涂
从使用效果来看，腐蚀较轻的电厂，在更换炉管，进行燃烧调整后，再加强入炉煤硫份控制，能有效地缓解水冷壁高温硫腐蚀。而腐蚀较严重的电厂，在采取前三项措施后仍旧未能避免短时间内再次出现高温硫腐蚀，最终都采取了防腐喷涂的手段。
结语
综上所述，电厂锅炉水冷壁内腐蚀现象的原因是，管道长期运行过程中，会在管道内生成水垢，而且由于水垢导热性较差，会在水垢下方形成原电池反应环境，从而让管道出现腐蚀问题，降低了承力性能。对于内腐蚀缺陷的缓解，可以采取的方法包括对已经腐蚀管道的全面替换、构造自动控制系统、落实自动监督工作等。
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