锅炉取样冷却器蛇形管裂纹原因分析及处理

【摘要】：通过对不锈钢的腐蚀特性和腐蚀机理的分析和研究，根据检修总结的经验和反复试验，在锅炉取样蛇形管及取样箱采取一定的措施后可以消除取样蛇形管频繁出现裂纹和断裂的现象。
 本文来源：兰州西固热电有限责任公司
【关键词】取样蛇形管  裂纹   原因分析  处理
 
0前言
#5～10锅炉汽水取样冷却器蛇形管一般有7—11组不等，各取样点引出后集中到取样箱冷却，冷却器蛇形管其材质原设计为1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢，全部是由手工弯制而成，取样冷却器的冷却水全部采用工业水，由工业水母管接入。
1   设备概况
自2003年以来，#5～10锅炉取样冷却器蛇形管频繁发生裂纹、断裂漏泄，给化学取样带来不便，加大了检修工作量，增加了材料消耗，同时还严重影响了锅炉的安全经济运行。特别是在锅炉点炉启动过程中，每次都会发生取样管的漏泄问题，为处理取样管往往会延迟点炉并汽时间。从漏泄后换下的取样冷却器蛇形管外观观察，发现蛇形管从上往下靠下部2/3表面存在大量的穿透性微裂纹。
为此，锅炉分公司多次召开专题研讨会，并请教有关专家，相关部门大力配合，分析研究和讨论#5～10锅炉取样冷却器蛇形管频繁发生裂纹、断裂漏泄的原因和处理方法。同时加强了对#5～10锅炉取样冷却器蛇形管的检查和维护，及时的消除和更换了发生漏泄的取样冷却器蛇形管。
#5～10锅炉取样冷却器蛇形管频繁发生裂纹、断裂漏泄次数自2004年4月统计为：

从统计的情况看，#5～10锅炉取样冷却器蛇形管发生裂纹、断裂漏泄呈周期性变化并有逐步上升的趋势。
2  分析原因
2.1裂纹宏观特征。
从漏泄后换下的取样冷却器蛇形管外观观察，发现蛇形管从上往下靠下部2/3表面存在大量的穿透性微裂纹。 裂纹为周向，走向曲折呈锯齿状，未穿透的裂纹可以看到是从外表面向内表明发展的。宏观上表现为树枝状。
2.2裂纹的性质。
奥氏体不锈钢，特别是18-8系列奥氏体不锈钢极易产生晶间腐蚀裂纹和应力腐蚀裂纹。从裂纹的宏观特征看，是由2种性质的裂纹组成即：晶间腐蚀裂纹和应力腐蚀裂纹。
2.3取样蛇形管的工作环境
#5～10锅炉取样冷却器的冷却水采用工业水冷却而不是除盐水。化学分场提供的生水分析报告中，近几年来生水中氯离子的平均含量为：

    从统计的情况看，生水中含有大量的氯离子，并且平均含量自2002年起有较大幅度的上升。
在富含氯离子的水质中，奥氏作不锈钢在350℃左右，发生晶间腐蚀和应力腐蚀速度将急剧增加。#5～10锅炉取样蛇形管的工作温度一般在200～540℃之间，氯离子含量在24～42mg/L之间，这些都是取样蛇形管产生晶间腐蚀的主要因素；锅炉取样蛇形管在弯制过程中，其内侧产生压应力，外侧产生拉应力，工作过程中存在很大的温差热应力，这些都为应力腐蚀提供了条件。
通过分析，我们认为氯离子的存在，应力的产生，弯制工艺落后，工作条件苛刻等原因都是造成锅炉取样冷却器蛇形管频繁发生裂纹、断裂漏泄的主要原因。
3 试验过程
1、在2003年6月后，取样冷却器蛇形管开始频繁发生裂纹、断裂漏泄。2003年9月将#5～10锅炉取样冷却器蛇形管逐步更换00Cr17Ni14Mo2不锈钢管。取样冷却器蛇形管发生裂纹、断裂漏泄的次数仍然频繁发生。从漏泄的时间规律看，1.5mm厚的不锈钢管使用45天后开始出现裂纹，2 mm厚的不锈钢管使用60天后开始出现裂纹。
2、为了提高不锈钢取样蛇形管的抗晶间腐蚀能力，我们将不锈钢取样蛇形管外委进行固溶处理（将钢加热到1050～1150℃后水淬，主要目的是使碳化物溶于奥氏体中，然后快速冷却。并将此状态保留到室温 ，这样钢的耐蚀性会有很大改善）。使用过程中，发现取样冷却器蛇形管仍然频繁发生裂纹、断裂，漏泄的情况并没有得到明显改善。
4实施对策
我们经过分析、研究，从以下2 个方面采取对策：
1、降低冷却水中氯离子的含量。最直接的办法就是将取样冷却水改为除盐水，但是由于改造系统复杂，运行成本高，一次性投入大而一直没有得到解决。
2、采取在不锈钢取样冷却箱内壁加装钢板的方法，利用化学元素择优选择的原理进行试验。由于铁元素较铬元素化学性能活泼，使冷却水中氯离子优先作用到钢板上进行化学反应，替换了氯离子在不锈钢管上的作用，同时吸收了冷却水中的大量氯离子生成氯化物，对不锈钢取样蛇形管起到阴极保护作用。减缓了不锈钢取样蛇形管晶间腐蚀。同时改变了冷加工工艺，并安排进行了去应力、固溶化处理工艺。
根据实际情况，决定采用在不锈钢取样冷却箱内壁加装钢板的方法。
5 效果检查
自2005年10月我们在#5～10锅炉汽水取样装置的不锈钢取样冷却箱内壁加装碳钢钢板后，截至目前，在正常运行和锅炉启动点炉过程中再也没有发生取样冷却器蛇形管裂纹、漏泄问题。完全消除了这一长期困扰生产的疑难问题。
6结束语
在#5～10锅炉汽水取样装置的不锈钢取样冷却箱内壁加装碳钢钢板后，成功的解决了取样冷却器蛇形管裂纹、漏泄问题，提高设备的健康水平，同时也为我们解决其它设备问题积累了宝贵的检修经验。在今后的检修工作中，我们还要继续努力，进一步的拓展思路，积极解决设备存在的疑难问题.