超临界锅炉蒸汽侧氧化皮生成的原因分析及对策探究

摘 要：受自然环境日益恶化的影响，越来越多的企业和单位开始以节能减排作为发展原则。特别是近几年来，很多电厂引进了一大批超临界甚至超超临界的大容量火电机组，这给生产效率带来了很大提高的同时，一些表面刚才校核时间段，其表面抗氧化能力得不到保障的缺陷也逐渐显现出来，在超温情况下可能发生氧化腐蚀现象，造成氧化皮大量脱落的事故出现，相继的一些安全和经济问题也暴露出来。本文在阐述超临界锅炉受热面蒸汽侧养护皮特征的基础上，从锅炉的选材、设计创造、运行检修等多方面进行了经验总结，在预防和控制氧化皮的具体措施进行了浅要的分析。

关键词：超临界锅炉；高温受热；蒸汽氧化皮

1 氧化皮的危害

超临界锅炉在长期的使用过程中，由蒸汽侧氧化皮生成或者脱落，造成沉积所带来的危害也逐渐显现出来，经过近几年的经验总结，主要集中在以下几个方面：第一点，对管内蒸汽的顺畅流动造成一定影响，直接造成管壁的温度急剧上升，金属蠕变胀粗，以至于锅炉内管道的泄漏，对生产安全造成恶劣的影响。第二点，氧化皮的产生对于导热造成影响，绝热作用会造成受热面金属管壁上升，对于管材的使用寿命影响很大。第三点，剥落的氧化皮没有相应的处理方法，一旦被带入汽机之内，对于叶片、喷嘴等零部件造成磨损，影响使用寿命。第四，氧化皮在锅炉内进行滞留，容易形成汽水污染，影响汽水的生成品质。若想从根本上杜绝氧化皮带来的危害，防止或者减缓氧化皮的生成过程，就要对氧化皮组成结构、形成因素以及剥离规律有深刻的了解，有针对性的进行研究和分析。

2 氧化皮的组成

氧化皮作为一种化学产物，在不同的条件下，组成也会有所差异，自然形成的结构形态也会有所区别，这也是不同型号机组产生的氧化皮不尽相同的根本原因。对于T34、T91以及TP357型号的锅炉而言，蒸汽侧氧化皮的机构基本一致。断面侧的外形一般呈现双层结构，通常内层的氧化物结构和厚度与外层基本相同。对氧化物进行收集化验得出的结论是外层氧化皮结构主要成分是Fe3O4，在某些特殊情况下也会存在少量的Fe2O3，内层的机构比较复杂，主要组成成分是（FeCr）3O4，其中Cr的含量受钢中Cr含量的影响很大，基本是随着钢中含量的增长而增长。外表皮的氧化物疏松多孔，通过显微镜进行细致的观察发现，基本上呈粗大柱状晶体结构。内层的氧化物相对而言要紧实致密一些，主要以尖状的晶石结构。在内层和外层氧化皮的表面界面上，都大量分布着平行于表面的孔洞。

3 氧化皮的剥离机制

受实际应用的条件制约，目前超临界锅炉机组运行参数呈不断上升趋势，这直接导致炉内温度不断超出极限，已经不在氧化皮增长的温度控制范围之内，氧化皮快速的生长也就自然得不到控制。从理论上来讲，目前国内比较常见的机组型号当中，TP347H是抗氧化性能最好的材质，其次是T39，它在锅炉内壁氧化皮厚度不超过一定范畴时，氧化皮和管材的结合部相对比较紧密，所以在氧化皮的厚度不高时，剥落的程度不大。相比之下TP347H的抗氧化系数虽然比较优越，但是在线性膨胀系数方面要比T91大很多，也就是说虽然的生成难易度方面占有优势，但是在剥落程度方面却略逊一筹。相比之下T23型号的锅炉在抗氧化能力以及剥落方面都有比较明显的劣势，其内壁的氧化厚度在同等外界条件下可能较大，一旦温度不稳定，发生波动，就会产生剥落现象。

造成氧化皮的剥离条件主要由两个方面组成，一方面是氧化层的厚度达到一定的累计程度。另一方面是温度变化大、速度快、频度大所造成的影响。由于承载材料与氧化层之间的膨胀系数存在差异，当氧化层沉积达到一定的厚度时，加之温度不稳定，发生反复剧烈的变化，就会造成氧化皮与金属本体发生剥离现象。

4 氧化皮的沉积

由于剥离现象的出现，内壁产生的氧化皮在U型弯的底部得不到有效的清理，沉积在底部，锅炉机组在运行过程中，蒸汽流量不够大，无法对残留物进行清理，造成氧化皮累积效应，到达一定厚度之后，即使在锅炉启动时产生了比较大的蒸汽流量，也很难对过大量的氧化皮产生扰动。这就直接导致被堵塞的管道温度急剧升高，短期的超温就会造成爆管现象出现。锅炉停滞运行时，一部分蒸汽降温凝结成水沉积在过热器的U型管底部，淹没氧化皮，随着水分的蒸发，氧化皮一层一层紧密的粘结在一起，形成核状，直接造成流通截面堵死。

5 预防高温受热面氧化皮生成的有效措施

5.1 基础设备的选择

在锅炉的选择方面，首先应降低蒸汽氧化的速率，对于蒸汽温度参数都满足条件的机组，应该选择抗氧化性能出众的材料。特别是对过热器和再热器的高温段管材内壁进行处理，通过喷丸、镀铭等手段减少蒸汽氧化。在锅炉型号的选择方面，重点放在选择有利于减小传热偏差的炉型上，此外还应当注意炉内生成氧化皮的运输能力。

在管材的选择方面，为了能够有效的减少氧化皮生成，不仅要在提高材质等级方面下功夫，更应该对锅炉的受热面以及不同区域的材料进行严格的校核计算，根据不同的温度要求选取合适的耐温材料。在管道内壁进行强化处理，提高内表面的抗氧化能力。

5.2 操作流程正规化

锅炉的超温运行是氧化皮生成的主要因素。加强对锅炉汽温、烟温的偏差调整和监管工作对于氧化皮的防治方面有着重要的意义。目前比较行之有效的手段是通过电站锅炉高温管屏安全性在线临测系统对于温度和受热面管壁进行监控，提高汽温自动的控制水平，防治受热面局部超温运行。通过燃烧调整和风量调整为主要手段，增加SOFA风门的开度，努力调整两侧烟温的偏差。在机组运行过程中，应该尽量避免人为因素增加机组的启停次数，这对于控制氧化皮脱落有着重要的意义。如若机组发生故障紧急停机，要控制高温过热器、再热器和屏式过热器出口蒸汽的温度和受热金属温度降温速率，严格控制停炉过程中的冷却速度。锅炉对炉膛要进行通风，按照顺序停止送风机、引风机并且管壁送风机出口和引风机的进出口，防止受热面技术温度快速降低。

5.3 规范检查措施

在锅炉受热面停止工作时，做到逢停必查。检查的主要内容包括：胀粗检查、变形检查、弯头氧化皮累计检查、壁厚检查、变色检查、外壁氧化皮剥落状况检查。除此之外，应该特别注意对超温管材的抽样检查工作。对于检查中发现氧化皮堆积较多的管道区域如不能达到清理效果，应该进行割管清理。另外还应该建立长期的监视机制，定期对氧化皮含量。炉内壁温度在线监控系统等进行维护。充分利用好超临界机组的停机时段，对过热器、再热器的出口段下弯头进行氧化皮堆积情况进行磁性法检测。

6 结束语

我国目前在超临界技术方面还有很多经验上的不足，对于超临界技术的负面影响办法不多，为了少走弯路，极早对已经发现的问题进行处理和预防是十分必要的。尤其对于锅炉机组安全经济运行产生威胁的老大难问题，例如超临界锅炉蒸汽侧氧化皮，其生成和处理要进行有针对性的研究，采取必要措施，避免事故的发生。

参考文献

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