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在線客服 蒸汽動力熱電廠裝置可以提供熱能和電能來驅(qū)動熱脫鹽工藝，例如可以驅(qū)動多級閃蒸（MSF）蒸餾裝置。這些工廠通過多級閃蒸海水來生產(chǎn)淡水，然后收集和冷凝蒸汽產(chǎn)生純凈的飲用水。裝置當(dāng)中使用的鍋爐是一種專用的水管鍋爐，它能使水管保持高溫狀態(tài)，在進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電前進(jìn)一步過熱，液態(tài)水能迅速變成蒸汽。MSF蒸發(fā)器的多個階段也增加了水的生產(chǎn)能力。
在沙特阿拉伯王國，沙特水務(wù)公司（SWCC）是一家政府公司，負(fù)責(zé)向該國的各個地區(qū)供應(yīng)淡化水和電力。沙特水務(wù)公司運(yùn)行的MSF工廠通過海水生產(chǎn)新鮮的飲用水。隨著對淡水的需求不斷增加，MSF工廠強(qiáng)制關(guān)閉期是非常有限的。為了保證MSF工廠以高水平狀態(tài)的安全工作則需要高效的操作和維修保護(hù)做法。然而，SWCC公司一直存在著蒸汽/電力熱電工廠的問題，特別是在故障報(bào)告中的不同鍋爐管故障設(shè)施問題。
A. Meroufel，A. Al-Sahari，M. Dewan和M. Al-Hajri共同撰寫了一篇文章討論了MSF裝置中的兩個水壁管運(yùn)行了14年之后出現(xiàn)鍋爐的故障問題。他們對其中的一個破裂管進(jìn)行失效分析，包括破壞性和非破壞性測試，以確定失效的根本原因。根據(jù)SWCC工廠主管部門提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行評估給水，桶裝水和新鮮蒸汽質(zhì)量，最終得出結(jié)論：水壁管失效是由于嚴(yán)重的垢下腐蝕（UDC）引起的水壁管氫脆（HE）。
他們將氫脆定義為金屬機(jī)械性能的降低現(xiàn)象，此現(xiàn)象導(dǎo)致在溶解氫存在下抗斷裂性和亞臨界開裂會降低。氫脆會嚴(yán)重降低敏感材料的延性和承載能力，并導(dǎo)致在低于屈服應(yīng)力之下的金屬開裂和嚴(yán)重的脆性失效問題。氫脆有幾種存在形式，但其共同特征是在金屬中施加有拉伸應(yīng)力和溶解氫。
文章指出，金屬合金對這種環(huán)境開裂的敏感性取決于應(yīng)力、材料和環(huán)境參數(shù)之間復(fù)雜的相互作用。氫脆經(jīng)常出現(xiàn)在高熱通量，熱液壓流動中斷和局部過熱的位置。氫進(jìn)入材料的路徑和脆化機(jī)制極其多樣化，所以應(yīng)針對每一個案例進(jìn)行分析。對于鍋爐管，常見溶解氫來源于磁鐵礦（Fe3O4）保護(hù)層的腐蝕。
實(shí)驗(yàn)調(diào)查的2001年MSF廠鍋爐是一種重油燃燒鍋爐，使用的是正壓式水管，額定容量為204.68kg/s，壓力為8.5 MPa，蒸汽溫度523°C。失效管的外徑為76mm，原始壁厚為5.6mm。它位于傾斜度約為20度的傾斜位置，靠近高傳熱區(qū)的燃燒器附近。
用來確定水壁管失效根本原因的技術(shù)包括目視檢查、蒸汽/水沉積物分析、樣品的微觀結(jié)構(gòu)分析、掃描電子顯微鏡能量色散譜（SEM-EDS）分析以及破裂表面的斷裂分析。
目視檢查表明，失效管具有厚邊脆性破壞和390mm長的“窗口爆裂”破裂，筆者認(rèn)為這是典型的氫脆現(xiàn)象。內(nèi)部腐蝕損傷呈微紅色UDC（銅與赤鐵礦[Fe2O3]混合的典型特征）與管的熱側(cè)上附著的厚結(jié)垢沉積物相關(guān)，這種沉積物沿著管長的兩條平行線延伸而且使50％的墻壁變薄。觀察發(fā)現(xiàn)在水邊有大量的金屬銅。通常，水中的銅和鎳是高壓給水加熱器上銅鎳的設(shè)備的腐蝕產(chǎn)物。
水分析表明鍋爐給水pH值應(yīng)該控制在穩(wěn)定的范圍內(nèi)，但鍋筒水分析表明，pH多次偏向高（堿性）一側(cè)峰值，這種現(xiàn)象是磷酸鹽劑量問題造成的。
破壞性試驗(yàn)確定了水冷壁管合金的化學(xué)成分，相當(dāng)于SA178C級中碳鋼。
在分析失效管時進(jìn)行的其他觀察包括在腐蝕區(qū)域碳含量（脫碳）的輕微降低，這可能與作為傳熱屏障的大量沉積物相關(guān)，這會增加管金屬的溫度并引起局部脫碳。在一些地區(qū)存在的微裂縫，晶間裂縫和微孔清楚地表明了氫脆的參與。但無法表明氫原子再結(jié)合形成氫氣分子是引起空隙和裂紋的產(chǎn)生的原因。
根據(jù)研究結(jié)果，筆者得出結(jié)論認(rèn)為，水套管失效是由腐蝕引起的，而腐蝕是在堿性鹽（苛性堿）沿著水線沉積底層并侵蝕Fe3O4保護(hù)層時發(fā)生的。當(dāng)從鍋爐中除去過量的水以控制水的參數(shù)時，水線的形成可能是因?yàn)楣軆?nèi)流速低或排污率高。而鈉和其他鹽類的濃度產(chǎn)生了局部的高pH環(huán)境，當(dāng)氧化劑（氧和銅）和高熱通量結(jié)合時，就為Fe3O4層上嚴(yán)重的UDC攻擊創(chuàng)造了條件。
海水淡化技術(shù)研究所（沙特阿拉伯朱拜勒）的NACE國際成員Meroufel認(rèn)為，銅與Fe3O4和鐵相比具有正電化學(xué)潛力。 Fe3O4與銅和沉積下面的濃堿溶液的結(jié)合形成了原電池，其中Fe3O4和鐵作為陽極并被氧化，而銅是陰極反應(yīng)的場所，加速了銅的腐蝕。
除了導(dǎo)致管壁局部變薄之外，UDC還會導(dǎo)致相當(dāng)數(shù)量的氫原子被金屬管吸收。由金相觀察和斷裂證實(shí)，吸收的氫原子沿晶界重新組合成氫氣，引起微裂紋和裂紋的形成和成核。由局部UDC會引起相當(dāng)大的壁厚損失，使得管壁無法承受內(nèi)部高壓，在HE機(jī)理作用下導(dǎo)致管子破裂。
盡管筆者們注意到導(dǎo)致管失效的原因是水管沉積物的腐蝕影響了管內(nèi)表面的Fe3O4保護(hù)層，但他們確定失敗的根本原因是不適當(dāng)?shù)慕愚D(zhuǎn)控制。
他們提出了多項(xiàng)建議，包括：避免鍋爐在低水位或過低的排污率下操作，導(dǎo)致傾斜管內(nèi)出現(xiàn)水線；確定并消除銅鎳合金腐蝕源；將給水中的O2水平從20ppb降低到小于10ppb，并將給水中的鈉/磷比值用作腐蝕風(fēng)險的指標(biāo)。
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