3   机械性能

  　从机械性能数据可以看出，两次爆管的抗拉强度都有比较明显的下降，并接近标准的下限，向火侧塑性有明显降低。

   为了确定垢下腐蚀的成因和腐蚀的性质，对爆管前三个月的炉水水质数据进行了调查。

    1998年9月至11月份水质情况如下：

     炉水pH值超过国家标准10.5多达26次，最大值达11.07，累计超标时间为52h,pH合格率仅为91%；pH在10.0和10.5之间有126次，累积时间为252 h，最小值为9．4。
　　给水溶解氧严重超标85次，最大达100μg／L，累积超标170 h。
　　机组启动后凝结水持续24 h有硬度，最大达88μg／L，运行中凝汽器铜管时有泄漏，给水和凝结水一直存在硬度，同时炉水中含有游离碱。

5　结果分析
　　从爆口的外观及断口检查可知，爆口不大，端面平齐粗糙，无明显的塑性变形和胀粗现象，爆口内壁有皿状腐蚀坑和腐蚀沟槽，并有明显的密实坚硬的腐蚀产物；从机械性能数据看，强度下降比较显著，塑性下降明显；金相组织有由内壁向外壁发展的晶间裂纹，并伴有明显沿晶裂纹。爆管前两个月的炉水品质较差，给水溶解氧经常超标（3个月给水溶解氧累积超标170 h，最大达到100μg／L以上）；炉水pH值曾26次超过国家10．5的标准（最大达11．07），累积运行52 h，合格率仅为91％；9至11月份炉水pH值在标准上限10．0～10．5范围内多达126次；当炉水pH值高于10．5时，炉水的磷酸根浓度为零，开启加药泵加药时则炉水pH值升高，磷酸根浓度几乎不变，而且在此期间凝汽器铜管经常发生泄漏，给水和凝结水一直有硬度存在，最大时达到88μg／L。同时炉水中含有一定的游离碱。
　　这就说明：一方面凝汽器铜管的泄漏导致碱性的冷却水进入到凝结水中，造成凝结水硬度超标；另一方面由于有时回收了不合格的疏水，也给给水带来硬度。进入到炉水中的碳酸盐受热分解产生游离氢氧化钠，造成了炉水pH过高；定期排污不能按规定进行，连排长期不能正常运行；除氧器除氧效果不理想，给水溶解氧长时间超标，造成炉前系统、省煤器等设备遭受腐蚀，腐蚀产物沉积于水冷壁，降低传热的同时还会引起垢下腐蚀。通常在正常的情况下锅炉并不会发生腐蚀和结垢，混入给水的少量杂质，通过炉水处理使其或成为水渣或成为胶状物质溶解在水中通过排污排走。但是，当锅炉汽水品质不良、正常工况被破坏时，局部汽水浓度较高、温度也较高，就要在一些薄弱的、或应力变形较大的部位发生结垢腐蚀。现场观察喷燃器喷口的过热变形形状可知，靠近喷燃器的水冷壁承受着很高的热负荷，水冷壁变形较大，这样的变形部位更容易发生这种腐蚀。
    从炉水pH值偏高、给水和凝结水有硬度、给水溶氧长时间不合格、凝汽器铜管经常发生泄漏、炉水中含有游离碱等条件和因素来看：硬度和氧腐蚀产物在水冷壁管表面产生水垢和附着物，碱性炉水渗入其中并在其中发生浓缩，在附着于金属表面的沉积物和腐蚀产物层中形成高浓度的碱性炉水浓缩物，并且可以达到饱和或使盐类结晶析出的浓度，从而造成碱性腐蚀。在腐蚀过程中，晶粒边界处首先受到腐蚀，而且容易沿晶粒边界发展，同时会产生氢气和甲烷，这些气体产物虽可被压缩，但因为气体体积远大于被腐蚀掉的钢铁，因而在晶界上产生巨大的应力，这种内应力足以迫使晶粒彼此分离而形成晶间裂纹，从而产生由碱性腐蚀引起的应力腐蚀破裂，造成脆性爆管。
　　滦河发电厂6号炉水冷壁就是在这种情况下，由于炉水品质下降并含有碱性物质，由于排污不及时、氧腐蚀、结垢等原因而引起了垢下碱性腐蚀，再由碱腐蚀引起应力腐蚀致使水冷壁管发生脆性爆破。
　　6号炉水冷壁的爆口宏观和微观及汽水品质等特征符合碱腐蚀引起的应力腐蚀脆性破裂的特征，故认定滦河发电厂6号炉水冷壁爆管的性质为碱腐蚀引起的应力腐蚀脆性破裂。

6　碱腐蚀引起的应力腐蚀脆性爆破的机理　　
　　碱腐蚀主要发生在水冷壁管上；在水冷壁管上一般只有受热的一面（向火侧）产生腐蚀，不受热的背火侧基本不产生腐蚀。就炉膛的不同高度而言，水冷壁产生腐蚀的几率也不相同，其腐蚀程度随炉膛温度而变。在燃烧器附近、应力比较集中的部位，水冷壁管受煤粉火焰直接照射，受热强度最大，此处炉膛温度也最高，该处最容易出现腐蚀失效。
　　据有关资料介绍，腐蚀主要发生在热负荷较高、应力较集中的水冷壁管内。如靠近喷燃器区域、燃烧带上下部的管段、对接焊缝等热负荷和应力高的部位，而这种腐蚀常常发生在水冷壁管的向火侧。
　　一般运行条件下炉水pH值在9．0～11．0之间不会发生腐蚀，但当给水和凝结水有硬度，溶解氧长期超标和不能按规定进行排污的情况下，金属表面会附着有沉积物。由于管内沉积物导热性差，水冷壁管壁温度上升，渗透在沉积物下面的炉水就会急剧浓缩，结果沉积物下的炉水各种杂质含量很高，产生垢下腐蚀。当炉水渗进附着的沉积物或腐蚀产物层中，在高的热负荷下浓缩成碱性的浓缩液，其浓度可达过饱和状态。浓缩中的碱可直接侵蚀金属，存在于炉水中的盐类也促进腐蚀过程的发展。金属热负荷高既是腐蚀的必要条件，又是加剧腐蚀的充分条件。一旦炉管开始腐蚀，就具有自动催化的趋势和腐蚀产物加厚的结果，使炉水在其中蒸发浓缩的现象加重，也使传热不良情况趋于恶化，导致腐蚀过程的加速进行。
　　在较高的炉水温度下，尤其是传热不良使金属温度局部升高时，碱性的炉水发生局部浓缩，可使钢铁的表面膜及其钢铁本身发生溶解，其反应为：
　　Fe＋2NaOH＝Na₂FeO₂＋H₂↑
    Fe₃O₄＋4NaOH＝2NaFeO₂＋Na₂FeO₂＋2H₂O　　

    FeO＋2NaOH＝Na₂FeO₂＋H₂O
　　金属在腐蚀过程中，各部分的腐蚀速度不等，宏观上看是表面膜破损处和局部温度较高的地方易于腐蚀；微观上看珠光体比铁素体易于腐蚀，而且晶粒边界处更容易产生腐蚀。当腐蚀强烈、腐蚀速度相当高时，金属的腐蚀不均匀性可引起值的变化，使腐蚀具有明显的选择性及沿晶粒发展的倾向。腐蚀沿晶粒边界的狭小缝隙向基体内部推进，形成了晶界处微小的活性阳极溶解区与相对来说是很大的未腐蚀晶粒的阴极区之比，使腐蚀前沿的阳极溶解加速，形成沿晶发展的腐蚀微裂纹。
　　腐蚀过程中所生成的亚铁酸钠和腐蚀产物氢气对腐蚀过程起了很大的作用。据资料介绍铁被腐蚀产生的氢气其体积是被腐蚀掉铁的体积的几十倍，当他们聚集在晶粒边界处时，可产生巨大的压力迫使晶界扩张和晶粒分离。亚铁酸钠与渗入的炉水相遇，可水解产生氧化亚铁和氢氧化钠，氧化亚铁的密度是钢铁的一半，其容积比被腐蚀的钢体积大一倍，在晶粒边界上产生这种刚性腐蚀产物所引起的应力可以比被压缩的氢气引起的应力更大，促进了裂纹的发展。而水解产物氢氧化钠将使晶粒间的腐蚀继续进行，珠光体中的渗碳体与碱在高温作用下发生了腐蚀，其反应为：