高温硫腐蚀
2022-03-16 13:43:13 作者:失效那些事儿 来源:失效那些事儿 分享至:

“ 2021年,动力煤价格大幅上涨,火力机组发电成本远高于上网电价,为了控制发电成本,大量电厂开始使用高硫含量的劣质煤。这为机组水冷壁的高温硫腐蚀提供了发展的温床。”


2021年9月至今,团队已收到省内发生的多起水冷壁高温硫腐蚀失效来样。今天给大家分享高温硫腐蚀的特征、防范措施及腐蚀机理。


01—高温硫腐蚀特征


以某电厂发生的水冷壁泄漏为例,泄漏管及附近管向火面的表面存在大量结焦,结焦质地较硬,与管排结合紧密。外壁严重结焦是高温硫腐蚀的第一特征。

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进一步观察管壁厚度,管壁呈现规律性的单侧减薄特征,减薄表面存在腐蚀物堆积,一般减薄位于吹灰器附近(距离吹灰器1m左右减薄较为严重),减薄面正对吹灰器方向。向火侧外壁规律性减薄是高温硫腐蚀的第二特征。

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下图是硫腐蚀位置的外壁组织形貌。与日常生活中常见的氧化腐蚀相似,高温硫腐蚀是相对均匀的腐蚀特征,并不会造成管段组织脱碳及形成晶间微裂纹。腐蚀附近组织无明显异变是高温硫腐蚀的微观层面特征。

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通过对管子表面进行能谱分析,可以对高温硫腐蚀进行判定,下图是管壁腐蚀产物的线扫描结果。在管子表面的一定厚度范围内,硫含量大幅上升,管段近表面S含量高达20wt%。与氢腐蚀的典型脱碳特征不同,高温硫腐蚀非常狡猾,很难与氧化腐蚀区分。只有通过产物的能谱分析,结合管段高度判断运行温度,才能对高温硫腐蚀进行定性,管段表面高硫是高温硫腐蚀的定性标准。

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02—高温硫腐蚀的“亲戚们”


高温硫腐蚀有时候也不是单独存在的,如果发生硫腐蚀的管段恰巧存在热应力,那么就会形成水冷壁常见的表面“横向开裂”,形成从外壁向内壁深入的腐蚀裂纹。裂纹极为尖锐,一不小心就会造成管子发生泄漏。


下图为横向开裂的金相形貌。

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此外,如果机组参与调峰,尾部烟道温度低于150℃,烟气中的高硫“酸雾”会出现凝结,腐蚀尾部烟道管段,使管子发生低温硫腐蚀。低温硫腐蚀一般为溃疡状形貌,比较容易分辨,后续再和大家细细分说。


03—高温硫腐蚀的防范措施


(1)提升燃煤质量,降低燃煤全硫量是最好的防范措施,从源头上切断腐蚀来源。


(2)强化运行中吹灰,避免水冷壁产生大面积结焦,去除高温硫腐蚀的形成温床。


(2)在检修过程中着重观察吹灰器附近管段与水冷壁高温区的减薄情况(尤其是面对吹灰器方向),如减薄量超过DL/T438标准要求,及时处理更换。


04—高温硫腐蚀机理


高温硫腐蚀包含硫化物型腐蚀与硫酸盐型腐蚀,两种腐蚀类型均发生在硫含量较高的部位。硫与表面氧化铁反应后不断深入母材,其腐蚀速率远大于氧化速率。此外,硫化物与煤灰中的碱金属化合物结合,易于形成低熔点的熔融复合硫酸盐,在高温下持续腐蚀管壁金属。


对于吹灰器附近管段,低熔点复合硫酸盐在管段表面形成、吹落、新鲜基体露出、硫化物堆积、复合硫酸盐熔融形成过程交替进行,加速了腐蚀进程,造成管壁快速减薄,管段不断减薄后由于强度不足则易于发生泄漏。


05—建议


近期,团队收到多个电厂送来的高温硫腐蚀失效样品,其失效部位大部分位于吹灰器附近,距离吹灰器1m左右,推断该附近为吹灰器的吹灰过渡点,易于产生熔融物堆积。此外,发生失效的机组多存在使用劣质煤情况。


基于此,建议电厂在近期检修过程中加大对水冷壁吹灰器附近管子的壁厚检查,及时处理风险隐患。

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