失效现场直击——解析高铬白口铸铁炉排片腐蚀穿孔原因

2018-08-14 11:12:35 作者：王勇来源：腐蚀与防护分享至：

随着生活垃圾焚烧发电技术的发展，机械炉排焚烧炉逐渐成为发电企业的首选。

某单位1号炉使用的炉排形式为马丁SITY2000型生活垃圾焚烧炉，为逆推炉排。该炉排在投入运行17440h后，其炉排片存在不同程度的腐蚀，并出现了炉排片发生穿孔的现象。

为避免和防止同类失效的再次发生，笔者采用相关技术手段对该穿孔炉排片进行了检验和分析，以查明其穿孔失效的具体原因，为今后机组的安全运行提供相关依据和指导。

理化检验

1 宏观检查

对失效炉排片进行宏观检验，其宏观形貌如图1所示。由图1可见，失效炉排片外壁表面存在大量疏松分层的腐蚀产物，腐蚀产物与基体结合松散，轻敲可见块状脱落，且部分区域已腐蚀穿孔，穿孔处炉排片厚度明显减薄。

图1 失效炉排片表面宏观形貌

2 化学成分分析

依据DL/T 991-2006《电力设备金属光谱技术导则》进行化学成分分析，结果见表1，从成分来看，失效炉排片材料应为高铬白口铸铁。

表1 失效炉排片化学成分（质量分数）

3 金相检验

根据GB/T 13298-2015《金属显微组织检验方法》分别在失效炉排片穿孔处和远离穿孔处切取金相试样，经磨制、抛光和FeCl3盐酸溶液侵蚀后，在金相显微镜下观察。

图2失效炉排片穿孔处金相组织图片图2为失效炉排片穿孔处的显微组织形貌，可见外壁有厚约0.91mm的腐蚀层。失效炉排片穿孔处基体显微组织为珠光体、马氏体和残留奥氏体，其上分布着共晶莱氏体及碳化物，部分马氏体已自回火。

图3 失效炉排片远离穿孔处金相组织图片图3为失效炉排片远离穿孔处的显微组织形貌，可见外壁有厚约0.16mm的腐蚀层。失效炉排片远离穿孔处基体显微组织为珠光体、马氏体和残余奥氏体，其上分布着共晶莱氏体及碳化物，部分马氏体已自回火。

比较图2和图3可知：图2穿孔处显微组织相对于远离穿孔处的老化更严重，而远离穿孔处显微组织更加接近与正常高铬白口铸铁的铸态组织。

图4 穿孔处显微组织背散射电子像

图5 穿孔处显微组织背散射电子像能谱线扫描结果

图6 远离穿孔处显微组织背散射电子像能谱线扫描结果

由图4-图6可知，晶界处的Cr、C含量比晶内的高，说明Cr元素在晶界处富集并生成Cr的碳化物，可能是Cr3C6。Cr元素的偏析一方面使得晶界与晶内形成原电池，加速了组织在高温环境下的腐蚀行为；另一方面使得金属材料表面很难形成致密的Cr2O3氧化膜，无法阻止金属材料在高温、腐蚀性环境中的腐蚀行为。

由图5和图6可知，穿孔处组织晶界处的贫Cr情况比远离穿孔处的更加严重，使得穿孔处组织更容易被腐蚀。

4 炉排片腐蚀产物分析

由图7a）可见，失效炉排片外壁腐蚀产物疏松分层，腐蚀层存在撕裂脱落的趋势。能谱分析结果显示，外壁表面腐蚀层部位，除检测到Fe、O、Cr元素外，还检测到含量较高的S、Cl等腐蚀性元素以及一定量的K、Ca、Na等元素。

图7失效炉排片外壁表面腐蚀产物SEM形貌及EDS谱

5 布氏硬度分析

依据GB/T 231.1-2009《金属材料布氏硬度试验第1部分：试验方法》进行试验，结果见表2。可见，远离穿孔处组织的硬度高于穿孔处的。

表2 硬度试验结果

综合分析

由以上理化检验结果可知，失效炉排片外壁腐蚀严重，表面存在大量的腐蚀产物，壁厚存在减薄，且局部出现穿孔。通过对外壁表面腐蚀产物进行X射线能谱分析发现，外壁腐蚀产物中除检测到Fe、O、Cr元素外，还检测到含量较高的Cl、S等腐蚀性元素，以及一定量的K、Na和Ca等元素。

该炉排片在运行过程中接触到Cl、S等腐蚀性元素，这与焚烧含Cl、S的塑料等垃圾有很大关系。一方面，垃圾焚烧后产生大量的HCl或Cl2气体，HCl溶于炉排外壁表面的氧化层中，破坏外表面的氧化膜和金属；同时，烟气中的Cl2也具有很强的氧化性，能够与炉排片金属及氯化物发生反应。另一方面，S元素的存在也会加速炉排外壁的腐蚀，S会以气态的SO2和SO3与HCl共同侵蚀金属外壁，或者与燃料中金属元素Na、K、Ca等反应生成硫酸盐或硫化物，沉积在外壁，直接与炉排片外壁发生腐蚀反应。

另外，根据电厂提供资料可知，1号机组在运行时冷却风量不足，易造成炉排片温度过高，加速Cl、S等腐蚀性元素与炉排片发生高温腐蚀反应。

最后，炉排片穿孔处显微组织中边缘珠光体区域更多，晶粒色泽更深，向内的马氏体和残余奥氏体组织更少。因此相对于远离穿孔处的组织来说，穿孔处组织更容易被腐蚀，成为腐蚀环节最薄弱的部位。

炉排片外壁在高温、腐蚀性环境作用下发生各种腐蚀反应形成的腐蚀产物呈疏松状态，在高温烟气的快速冲刷下不断脱落，导致炉排片壁厚不断减薄，最后在薄弱部位即穿孔部位优先发生腐蚀穿孔失效。

结论及建议

机组运行时冷却风量不足，以及焚烧垃圾中的Cl、S等腐蚀性元素共同导致炉排片在Cr元素偏析位置发生高温腐蚀反应，腐蚀产物在高温烟气的快速冲刷下不断脱落，使炉排片壁厚不断减薄，最后在薄弱部位优先发生腐蚀穿孔失效。

建议加强运行控制，缓解锅炉结焦和积灰，避免炉排片因局部受热不均导致温度过高；另在机组运行时应确保冷却风量充足，降低炉排片发生高温腐蚀的风险。

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责任编辑：韩鑫

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