3 裂纹失效分析

     根据检验检测和对锅炉运行管理情况的调查，笔者认为造成水冷壁管出现裂纹失效的原因主要有以下几点：

    3.1 结垢导致水冷壁管壁温升高

     该单位锅炉运行中间断出现给水硬度超标的情况，致使锅炉在运行中高热负荷区水冷壁管局部结垢，导致管壁温度升高，垢层越厚，壁温越高。据有关资料介绍，按照水冷壁管传热负荷是0.23 W／m²考虑，如果内壁附有0.1 mm的垢层，水冷壁管壁温比没有水垢时上升25℃左右。由此可以推算，当水冷壁管向火侧垢层厚度在0.7～1.5 mm之间时，向火侧炉管壁温上升175~375℃。同时由于结垢的不均匀性，在管壁各部分之间存在一定温差。

    3.2 局部过冷沸腾产生热冲击促进了腐蚀的发生发展

     由运行工况调查可知，锅炉在运行过程中，出水温度低于设计出口温度，供回水温差与设计温差相比偏低，锅炉在运行中长期保持低负荷。因水冷壁管处于热负荷最高的位置。在循环水流速偏低时，很容易使管内产生过冷沸腾。过冷沸腾的产生一方面破坏了水冷壁管壁的水膜。造成传热恶化，金属壁温升高，另一方面产生的气泡进入冷水时，气泡破裂，产生局部真空，急冷急热反复交替，产生了热冲击，金属面上的氧化膜被破坏，露出新的铁金属面，如此交替，使腐蚀不断进行。并逐渐形成腐蚀沟槽。对垢样化验分析和裂纹处金相组织检测时，发现了氧化物质，证实在水管的内壁局部发生了严重的金属腐蚀。

    3.3 温差应力产生的疲劳腐蚀加快了腐蚀的发展

     由于水冷壁管内壁结垢的不均匀性，向火面结垢偏多，背火面结垢偏少，在内壁向火面与背火面的结合部位壁温有一定温差。同时，由于过冷沸腾产生的蒸汽在结垢较多和较少的结合部位产生冷热交替的热冲击，存在温差应力。在温度交变循环载荷作用下，由于过冷沸腾热冲击产生的腐蚀沟槽根部发生应力集中，并产生塑性滑移。由于电化学作用。加速了沟槽根部的进一步腐蚀。滑移与腐蚀交替进行相互叠加，导致腐蚀裂纹的形成与增长，并最终形成贯穿性裂纹。这种腐蚀裂纹主要沿垂直于局部主应力的方向穿晶扩展，当晶粒边界与主应力呈45°时，裂纹也可能会沿晶界扩展。

     疲劳腐蚀具有以下特点：一是金属材料的疲劳腐蚀有限寿命强度会随着载荷循环次数的增加而不断下降。二是金属材料的疲劳腐蚀有限寿命强度与载荷循环的频率有关。不但随着载荷循环频率的增加而减少，并且随着载荷循环频率的减小，金属材料所能承受的载荷循环次数会下降(因为在较低频率循环载荷下，载荷的每次循环能提供更多的时间，使金属材料遭受介质的侵蚀，加强了腐蚀的作用效果)。因此，金属材料在腐蚀疲劳时腐蚀行为很难由通常状态下的腐蚀性能来推测。三是疲劳腐蚀过程进展的速率，主要取决于介质的腐蚀性能和循环载荷条件，这种腐蚀与疲劳的同时作用，可以使材料的疲劳强度大大下降。

     综上所述，造成水冷壁管裂纹漏水的原因是结垢导致管壁温度升高，运行调节不当产生过冷沸腾，结垢不均匀产生疲劳腐蚀等综合因素作用的结果。

    4 处理措施及效果

     (1)更换损坏的和腐蚀严重的管子。

     (2)对正常运行下锅炉的循环水量、水流速重新进行核算，并根据锅炉运行的实际工况，对锅炉运行进行合理的燃烧调节。

     (3)采取措施清除内表面的结垢，并在锅水中适量添加Na₃PO₄，使锅水中保持一定数量的磷酸离子，避免锅炉长期低负荷运行。