锅炉失效原因分析
                                 王春芬
                   （洛阳船舶材料研究所，洛阳， 471039）
    某气化厂安装两套气化炉，用于将煤转化为煤气，炉壁使用材料为20G，使用不到两年在炉内小齿轮附近管壁发生泄漏事故，严重影响安全生产

    气化炉工作时炉料从顶端送入，在催化剂酶的作用下生成煤气，同时有硫化氢、氢气、氧气、甲醇等介质存在， 炉内环境温度450℃左右，炉外壁有冷却水夹层，如图1所示。下边左右两个小齿轮在两个发动机的带动下转动，以带动中间的大齿轮。大齿轮转动带动上面的反应装置使充分反应，同时炉渣随着齿轮的转动排出炉体。整个炉内壁都呈铁锈红色，而泄漏正处于小齿轮对应的内壁，该处表面密布大面积均匀减薄区，覆盖氧化产物及黑色附着物，并多处形成穿孔，穿孔部位周围壁厚明显减薄，边缘呈刀口状。整个泄漏面（内壁）呈铁锈红色，局部颜色偏暗，见图2。

    按国家标准GB/T 223对20G钢板进行化学成分（质量分数）分析，其中硅锰含量不符合GB/T 713-1997标准要求。
    对钢板减薄区进行取样，然后将试样用超声波清洗。对清洗后试样内表面进行扫描电镜观察，发现最外层附着物相对较疏松，主要呈颗粒状，也有少量呈熔渣状，而内层附着物较致密。
    对试样表面进行了进一步清洗，祛除试样表面的附着物。对清洗后的试样进行扫描电镜观察发现，减薄区内表面均为腐蚀特征，腐蚀坑较大且深，见图3。远离减薄区的钢板内表面也主要为腐蚀特征，腐蚀坑相对较浅，见图4。

    金相组织为铁素体+珠光体带状组织，带状级别为4级。
    从金相截面腐蚀形态分析，没有发现裂纹、晶间腐蚀以及局部深腐蚀坑等，属于均匀腐蚀，见图5。观察发现，沿珠光体条带腐蚀明显，形成腐蚀“台阶”，说明珠光体被优先腐蚀。

    钢板减薄区内表面覆盖着较多红色及黑色附着物。对接管内及钢板减薄区的附着物进行了能谱分析，见图6。结果表明，这些附着物中除了铁的氧化物外还含有明显的S元素。
泄漏原因分析
    大约在260℃，煤中硫化物开始分解，在343～371℃分解生成H2S最快，而在超过427℃高温分解减弱，约在480℃分解完毕。随着温度升高，分解生成的硫化氢、元素硫与金属的反应加剧，345～400℃腐蚀性非常强烈，活性硫含量高，具有较强的腐蚀性，这种条件下易产生高温硫腐蚀；到480℃时分解接近完全，腐蚀开始下降［3］。高温硫腐蚀通常指≥240℃的硫腐蚀，其特点是发生在钢材表面的均匀腐蚀，属化学腐蚀。
    SEM和金相分析认为该锅炉泄漏处属均匀腐蚀，结合能谱仪分析结果，可以看出腐蚀产物中含有S元素， X射线衍射分析表明腐蚀产物主要由Fe2O3、Fe3O4组成，从产物和腐蚀特点（均匀腐蚀）分析均证实腐蚀是由高温氧化和硫腐蚀造成的。
    具体腐蚀过程为：在锅炉腐蚀区域内，尚未燃尽的火焰直接冲刷炉壁，由于继续燃烧，消耗大量氧，形成还原性或半还原性介质条件，在这种情况下产生了硫腐蚀现象。煤粉中黄铁矿(FeS2)因受热分解出自由的原子硫和硫化亚铁(FeS)，当壁温约为350℃时，原子硫与铁发生反应，生成硫化亚铁(FeS)；炉壁的铁与煤中硫化物分解生成的硫化氢反应也生成硫化亚铁(FeS)，而后缓慢氧化生成黑色的磁性氧化铁(Fe3O4 )［4］．反应式如下：
            FeS2→S+ FeS
            Fe + H2S→ FeS + H2
　　　 FeS+O2(空气)→Fe3O4+S
    此锅炉的腐蚀部位正好处于点火区的下方，再加上外面有冷却水夹层，并且处于小齿轮向外突出部位，多种原因导致该腐蚀部位温度相对较低，使之处于腐蚀敏感温度范围内，从而产生高温硫腐蚀。
    腐蚀产物中含硫量高及Fe3O4的存在说明硫腐蚀是引起腐蚀减薄和穿孔主要原因；另外材质不合格及带状组织也是引起腐蚀的原因之一。
结论
1.20G钢板泄漏主要是由于高温硫化物腐蚀造成的。
2.小齿轮附近腐蚀严重的原因是该部位结构原因使其温度偏低，处于硫化物腐蚀
敏感区域，腐蚀速度加快，腐蚀严重。
3.20G钢板材质不合格，组织为珠光体+铁素体带状组织（轧制态），内壁腐蚀沿珠光体腐蚀尤为严重。
建议措施
1.减少炉内腐蚀介质硫的含量（燃料脱硫）。
2.提高小齿轮附近泄漏区域的温度。
3.换用耐高温硫腐蚀的板材如Cr5Mo等材料。