锅炉爆管类型及高温腐蚀机理
1、 四管爆漏的种类和定义
四管爆漏是指锅炉热交换面中的水冷壁 、过热器、再热器和省煤器四种受热面管由于过热 、腐蚀 、磨损等各种原因发生破裂、泄漏, 导致炉管失效 , 甚至引起锅炉事故停机 。
根据其产生的原因不同分类：
2 、过热爆管
过热可分短期过热和长期过热两大类 ：
长期过热和短期过热是由于管子在严重超温的情况下力学性能严重下降 ,管子在压力的作用下发生塑性变形以至爆破 。
3、 磨损爆管
受热面磨损引起四管爆破 ,因磨损机理的不同 ,可以分为以下几类 :
( 1) 飞灰磨损 ;
携带有灰粒和未完全燃烧的燃料颗粒的高速烟气通过受热面时，粒子对受热面的每次撞击都会剥离掉极微小的金属，从而逐渐将受热面管子变薄，烟速越高，灰粒对管壁的撞击力就越大，烟气携带的灰粒越多，撞击的次数就越多，其结果都将加速受热面的磨损。当煤中的灰份较大时和烟气流速较高时，会使受热面受到严重的磨损。
飞灰磨损是造成低温受热面磨损 、泄漏 、爆管的最重要原因之一 。
( 2) 机械磨损 ;
机械磨损的产生原因是受热面管排上的管卡常会因过热变形或焊接不牢固而开焊 , 造成管子振动并与管卡相磨 ,或者水冷壁与其他相邻部件有撞击或摩擦 ,使管壁磨损减薄 ,当管壁减薄到一定程度时 , 在内压的作用下 ,管子发生爆破 。
4 、腐蚀爆管
由于外部介质与受热面管子发生化学作用或电化学作用而引起的爆管称为腐蚀爆管 。虽然腐蚀爆管占总爆管数的比例较低 , 但由于具有突发性和不可预测性 ,腐蚀一旦发生 , 受损范围较大 , 往往造成大面积的受热面损坏 。
爆管按腐蚀发生的部位 ,可分为烟气侧腐蚀和水侧腐蚀爆管：
1）烟气侧腐蚀
烟气侧腐蚀又因产生的部位和条件不同 ,可分为高温腐蚀和低温腐蚀 。当燃用高水分高硫燃料时 ,我们通常就是说劣质煤，高温受热面管子受到腐蚀 ,称为高温腐蚀 。低温腐蚀则是指尾部低温受热面所受到的腐蚀 。
a.高温腐蚀
由烟气侧高温腐蚀而引起的爆管 , 主要是以下这两种腐蚀引起的，其腐蚀机理为：
-
硫酸盐型的高温腐蚀；
受热面生成一层薄的氧化铁（Fe2O3）铁锈和极细灰粒的沾污层，其厚度是有限的，实际上是金属的保护膜（因铁锈的氧化速度是较慢的）；
在火焰高温作用下而升华的碱土金属氧化物（如Na2O 和K2O 等）冷凝在管壁的沾污层上，如周围烟气中有SO3， 则会发生反应形成硫酸盐（Na2SO4或K2SO4等）
Na2+SO3→Na2SO4
K2O+SO3→K2SO4
硫酸盐层增加，热阻加大，表面温度升高而开始发粘、熔化，并开始粘结飞灰，形成疏松的渣层，硫酸盐熔化时会放出SO3；
所放出的SO3及烟气中的SO3会通过疏松的渣层向内扩散，发生如下反应：
3K2SO4（或Na2SO4）+ Fe2O3+3 SO3→2K3Fe（SO4）3［或Na3Fe（SO4）3］
此时管壁Fe2O3铁锈层被破坏， 而K3Fe（SO4）3在584 ℃下就会熔化， 进一步氧化而使金属耗损。此时铁的腐蚀为10Fe+2Na2Fe（SO4）3→3Fe3O4+3FeS+3Na2SO4
Na2SO4或K2SO4的循环作用而使腐蚀不断进行。
运行中因清灰或灰渣过厚而脱落，使得K3Fe（SO4）3或Na3Fe（SO4）3等暴露在高温火炬的辐射下而发生分解反应生成新的碱土金属硫酸盐层，在SO3作用下，不断使管壁受到腐蚀。
（2）硫化物型的高温腐蚀。
当管壁附近氧量不够，存在还原性气氛，并出现有H2S 气体时，就会产生硫化物腐蚀。
燃煤中的硫化物，如黄铁矿（FeS2）随灰粒和未燃尽煤粉一起冲到管壁上，受热分解出自由原子硫和硫化亚铁
FeS2→FeS+［S］
此外，当管壁附近存在H2S 和SO2时也可能生成［S］
H2S＋SO2→2H2O＋3［S］
在还原性气氛中，由于缺氧，原子硫有可能单独存在，当管壁温度达到350 ℃时，会发生如下反应Fe+［S］→ FeS
硫化亚铁进行缓慢氧化而生成黑色磁性氧化铁Fe3O4
3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2
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b.低温腐蚀
低温腐蚀是发生在锅炉尾部受热面（省煤器、空预器）的硫酸腐蚀，因为尾部受热面区段的烟气和管壁温度较低，所以称为低温腐蚀。
低温腐蚀常发生在空预器上，但是省煤器管也有可能发生低温腐蚀。锅炉尾部受热面（省煤器、空气预热器）的硫酸腐蚀，因为尾部受热面区哉的烟气和管壁温度较低。
燃料中的硫燃烧生成二氧化硫（S+O2→SO2）；
二氧化硫在催化剂的作用下进一步氧化生成三氧化硫（2SO2+O2→2SO3）；
SO3与烟气中的水蒸气生成硫酸蒸气。硫酸蒸气的存在使烟气的露点显著升高。由于空气预热器下部空气的温度较低，预热器下部的烟气温度不高，壁温常低于烟气露点。硫酸蒸气会凝结在预热器受热面上，造成了硫酸腐蚀。
低温腐蚀常发生在空气预热器上，但是当燃料含硫量较高，过量空气系数较大，以致烟气中SO3含量较多，露点较高，且给水温度较低（如高压给水加热器停用）时，省煤器管也有可能发生低温腐蚀。
2)水侧腐蚀
锅炉炉管也会由于水侧腐蚀导致爆管 , 水侧腐蚀主要有锅内水局部浓缩引起的运行中腐蚀 , 给水含氧引起的氧腐蚀和因应力产生的苛性脆化等几种。苛性脆化主要发生在胀接或铆接锅炉中, 大型电站锅炉中较少见。
酸性腐蚀和碱性腐蚀
锅内水局部浓缩引起的运行中腐蚀的过程可描述如下：炉水在管内沉积物下面 、蒸发受热面的缝隙以及炉管内产生汽塞的部位发生局部的浓缩 , 产生浓酸或浓碱, 破坏炉管内表的 Fe3O4 保护膜, 从而造成了炉管金属表面被酸碱腐蚀, 可分别称为酸性腐蚀和碱性腐蚀。
碱性腐蚀常发生在多孔沉积物下面 。由于在浓碱条件下氢离子少, 产生的氢且容易扩散出去,不会渗入钢中造成脱碳现象,坑下金属的金相组织和机械性能都没有变化, 金属仍保持其延展性,爆管是由于腐蚀破坏使管壁减薄过热鼓包所致 。
酸性腐蚀常发生在比较致密的沉积物下面 ,由于在浓酸条件下氢离子浓度高 ,生成的氢不容易扩散出去,部分渗入到钢中 ,和钢中渗碳体 Fe3C 反应,金属表面存在腐蚀坑 。大
5、 疲劳破坏
锅炉炉管因启停或负荷变化受到交变热应力和机械应力作用,同时由于管子和管内工质的重量 ,管子也承受着重力的作用, 当管子因各种原因产生振动时 ,管内应力也发生周期性的变化 ,从而造成了炉管的热疲劳和振动疲劳。
1)振动疲劳
振动疲劳常由于支吊失效或布置不合理引起。
2)热疲劳
热疲劳可由于间断性的蒸汽停滞或急冷引起的水侧金属周期性冷却造成。吹灰时急冷或渣层间断性地浸润受热面管也会造成温度的周期性变化,导致炉管疲劳破坏, 在炉管外表面产生“大象皮肤状”密布的多处横向裂纹 。
3)腐蚀疲劳
锅炉内存在着各种腐蚀现象, 部件腐蚀介质作用产生的疲劳破坏为腐蚀疲劳。腐蚀疲劳的爆口外表面或内表层通常会有腐蚀层或氧化物层附着。
6 、焊接质量和异种钢焊接
焊缝质量问题在我国四管爆漏中一直居高不下,以手工电弧焊为例, 易发生的缺陷为 : 咬边、满溢、焊瘤、内凹( 塌腰)、未焊透、夹渣 、气孔 、裂缝(包括热裂缝、冷裂缝和再热裂纹等),这些焊接质量问题造成焊接部位产生应力集中和接头机械性能下降等问题, 致使焊口处成为薄弱部位而造成爆管 。
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