罗来俊
华电新疆五彩湾北一发电有限公司
摘要：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。
关键词：电厂锅炉；水冷壁管；内腐蚀；缺陷原因；对策
1电厂锅炉水冷壁管出现内腐蚀缺陷的原因
1.1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。从2019年11月起，1#锅炉连续发生了三次水冷壁爆管问题，且爆管之后发现基础的补水率急剧提升，补水量最大的时间点上达到了30t/h，且炉膛出口水平处的烟道运行中，排烟区域的最大温度差值达到了150℃。
1.2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。对于解剖后的管壁厚度分析可以发现，发生事故的炉管和旁侧随机选择了的10根水冷壁管中，解剖之后发现具有明显的腐蚀坑，并且对其中某一处腐蚀坑进行了进一步的测量，发现管道母材的平均厚度为7.13毫米，且经过腐蚀之后，整个腐蚀坑内最薄处的管壁厚度，仅有4.37毫米，减小的厚度参数为2.76毫米。
1.3机械试验
在机械试验过程中，所测参数包括抗拉强度参数、屈服强度参数和延伸率参数。从所有被测管道的试验结果来看，抗拉强度不小于260n/mm2，标准值为245n/mm2；屈服强度不小于430n/mm2，标准值为410n/mm2；伸长率大于34%，标准值为25%。因此，从得到的试验结果来看，对于力学试验结果，所有被测样品均符合力学标准。从试验数据来看，内腐蚀和珠光体球化是引起爆管的主要原因。
1.4内腐蚀原因
炉管表面缺陷产生的原因可能包括应力断裂、疲劳磨损、腐蚀和质量控制失效等，但各种失效形式、原因和性能特点是不同的。对于应力断裂，主要处于过热运行状态；疲劳失效通常表现为氧化皮和裂纹特征；管壁的冲击磨损主要发生在管的外壁区域，其特点是外壁厚度减小；高温腐蚀和低温腐蚀主要集中发生在烟气区，宏观破坏表现为点蚀状和点蚀槽。
在本文的案例分析过程中发现，在所有缺陷的形成阶段，水冷壁上没有过热的操作环境，整个炉管外壁处于正常工作状态，没有横向裂纹。因此，通过对以往获得的所有综合分析资料的探索，可以确定集中爆管的失效原因是结垢下腐蚀，而结垢下腐蚀的原因是管道运行时间长，25年，所以即使在日常工作过程中，水体本身经过处理，但在漫长的工作过程中，管壁上会逐渐形成水垢。
水垢出现后，由于水垢本身的传热性能极差，该区域金属管壁的温度会急剧升高，随后锅炉内的水会逐渐渗入水垢，导致该区域迅速蒸发浓缩。当炉水浓度较高时，炉水中的羟基自由基最终会在管壁形成一个简化的腐蚀环境，使水冷壁的腐蚀程度降低，内保护膜被破坏。在锅炉水的作用下，形成碱性电偶效应，并伴有好氧腐蚀。阴极上的反应会产生氢气，氢气会与钢中的渗碳体发生反应，使铁的体积收缩，管道结构发生变化，使管壁强度降低，加速了该领域问题的影响速度。此时，管壁薄弱部位不能承受汽水介质的压力，导致管子爆炸。
2电厂锅炉水冷壁管出现内腐蚀缺陷的对策
2.1缺陷部分更换
从解剖结果看，水冷壁管内存在大量水垢，最终会使该区域的管壁厚度参数大大减小，因此整个管道不具备酸洗条件。另外，由于四个炉墙的工作环境基本相同，缺陷也基本相同，因此可以推测，即使其他区域没有爆炸，但在随后的操作过程中，发生爆管的概率仍然很大。因此，为了保证机组的安全运行，有必要彻底更换腐蚀区域的水冷壁管。为确定更换高度，需对锅炉后墙不同部位的水冷壁管进行具体检查工作。
本文以1#锅炉后壁a～B方向的第58、115根管子为例，对其进行了扩区检验。发现锅炉上下13m高度处，肉眼无法直接观察到水冷壁管结垢问题，管内壁状况良好。因此，可以确定这两个区域都不需要更换管道。锅炉标高13-33米范围内，所有水冷壁管均需大规模更换。
2.2汽水水质达标
在锅炉运行过程中，管壁中的各种离子不会被化学反应还原，但在具体的处理过程中，势必无法实现全面的消除。因此，可以推测水冷壁管的后续运行质量会受到影响，但结垢的产生速率是可以人为控制的，因此在具体的工作阶段提高水冷壁管的质量是十分必要的，必须能够对锅炉给水系统实施监督并能完全按照运行标准、设定方式和工作规范对所有汽水质量进行抽样检验。每次取样需要专业工作模式的帮助，以便所有人员都能对最终工作参数进行高质量的检验，记录准确度，取样试验次数不少于3次。另外，在锅炉后续运行过程中，应定期或不定期排放现有污水。通过增加频率，可以防止各种水质问题，导致污水中的离子积聚在管壁上。
2.3落实金相监督
水冷壁管的设计使用寿命一般为10万小时，但这并不意味着一旦超过10万小时，水冷壁管就会出现内腐蚀和爆管问题。但需要注意的是，当超过设计使用寿命时，发生爆管和内腐蚀问题的概率将大大增加。同时，由于机组的启停运行过程也会对水管本身的腐蚀效果产生一定的影响。因此，在日常工作阶段，必须根据水冷壁管的设置模式、设置标准和使用原则进行配置。要求在每台锅炉检修期间，有计划地检查各种水冷壁管道的外观质量，重点检查是否有腐蚀鼓包、裂纹和变形。此外，还应对获得的样品进行金相检验和分析。只有这样，才能进一步分析水冷壁管在实际运行过程中是否存在严重的风险和问题。当发现有大面积危险时，需要立即更换。
2.4自控系统建设
在自控系统建设过程中，企业可以通过对整个水冷壁管系统运行过程中的所有参数进行监测和记录，系统分析当前系统运行过程中是否存在安全隐患。例如，对于水质检测系统，考虑到在管道运行过程中，只有部分金属离子沉淀并最终形成水垢，需要在系统中对此类离子充分配置专业的检测传感器，传感器应能直接与报警系统和系统联系运行控制中心。当发现运行问题时，应第一时间进行，以便让全体人员参与水质的进一步协调和处理。此外，还要加强对水冷壁管内部分设施运行过程中的薄弱环节的检查，特别是对水冷壁管的温度，要通过实时监控研究其是否处于高稳定运行状态。
结论
综上所述，电厂锅炉水冷壁腐蚀的原因是管道长期运行时会在管道内产生水垢，水垢导热性差，在水垢下形成原电池反应环境，使管道腐蚀，承载能力降低。为减轻内腐蚀缺陷，可采取的措施包括全面更换腐蚀管道、建设自动控制系统、实施自动监控等。
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