超（超）临界机组电站锅炉氧化皮脱落的原因分析与防治

学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 2 锅 炉 技 术 第 4 6 卷 和 流速 、 钢 材 成 分 、 氧 化 皮 成 分 等 有 关 。一 般 认 为 ： 温度愈高， 时 间越 长 ， 高温蒸汽流速 越快 ， 氧 化皮 生 成 越 快 。 由 图 9可 见 ， 当 蒸 汽 管 道 在 1 0 7 5 K( 5 8 0) 下 运 行 1 5 1 0 h后 金 属 氧化 皮厚 度 将 达 到 3 0 mi l s ( O 7 6 2 mm) ， 而 当管 道 在 1 1 5 0 K ( 6 2 0) 下运行 3 0 1 0 h后氧化皮厚 度就 可 达 到 3 0 mi l s( 0 7 6 2 mm) 。由此 可见 ， 金 属超 温 运行 大 大 促 进 了氧 化 皮 的生 成 。 由图 1 O 可见 ， 在 同样 的运 行 温度 下 ， 氧化 时 间越 长 ， 氧化 皮生 成量 越 多 ， 同 样 的 运 行 时 间 下 ， 运 行 温 度 越 高 ， 曲线 越 陡 ， 氧 化皮 生成 量也 越多 。 l ；。 咖 酆 晦 牡 O 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 时间， l l 图 9 T2 2材质金属管壁温度 与金属 氧化皮厚度 的关系 曲线 _ 6 0 4 0 8 O 1 2 0 时间， l l ( a ) 5 5 0 吕 阜 吕 咖 酆 旧 0 4 0 8 O l 2 O 时间 l (b ) 6 0 0 oC 0 4 0 8 0 1 2 0 时间 h ( c ) 6 5 0 o C 图 1 O 水蒸气氧化单位面积增重 与氧化 时间 t 之间的关系 曲线 钢中加人 C r 、 AI、 S i 等元素 ， 可 以在 炉管表 面形成一层坚固致密的氧化膜 ， 使钢材的抗氧化 性提高 。实践证 明： 在 6 0 07 0 0 条件下 ， C r 含量 在 2 5 以上 的 钢 ， 氧 化 层 的 生 成 速 度 非 常缓 慢 J 。 根 据 大量研 究成 果 ， 管 道 表 面 的氧 化 皮 不 是 由高温 蒸汽 中的溶 解 氧 和铁 氧 化 生 成 ， 而 是 由蒸 汽 分子 中 的原 子 氧 和铁 反 应 生 成 。当 蒸 汽 温 度 超过 5 7 0 时， 水分子会 分解为原子结构 ， 分解 而 来 的氧原 子会 和 管 道 的铁 原 子 发 生 氧 化 反 应 ， 造 成氧 化 皮 的 产 生 。5 7 0 是 形 成 疏 松 的 F e O 的温度 临界 点 ， 应 作 为 火 力发 电厂 锅 炉 运 行 的 重 要参 考数 据 。 2 3 氧化 皮的 剥落 氧 化皮 的剥 落 须 满 足 2点 ： 一 是 氧 化 层 要 达 到 一 定 厚 度 ( 不 锈 钢 0 1 mm、 铬 钼 钢 0 2 0 5 mm) ； 二 是 蒸 汽 温 度 经 常 变 化 且 变 动 幅 度 大 。由于不 同材料的热膨胀系数不 同， 在氧化皮 超 过一定 厚 度 后 ， 当温 度 发 生 剧 烈 变 化 ， 金 属 表 面 就会产生 氧化皮 的脱 落 。超 临界 机组 锅 炉 常用 钢材 的热膨胀 系数范 围在 ( 1 6 2 O ) 1 0 ， 而 F e 。 O 的热胀 系数 一般 在 9 1 1 0 ， 表 1所 示 为几种 材 料 的热膨 胀 系数 。 表 1 材 料 的线膨 胀 系数嘲 材料 线膨胀系数 ( X 1 0 m) 1 91 1 8 9 9 1 l 4 9 1 2 2 2 4 氧化 皮 剥落 的影 响 因素 根据 炉 管氧 化 皮 的生 成 和 脱 落 机 理 ， 氧 化 皮 剥落 的影 响因素主要有以下几个方面 ： ( 1 )钢材成 分 超 临 界 机 组 锅 炉 常 用 的 钢 材 主 要 有 T2 3 、 T9 1 、 TP 3 4 7和 S u p e r 3 0 4 H 等 ， 这些钢 材属 于合 金钢 ， 钢材组分不 同， 元素含量各异 ， 抗氧化能力 也 不 同 。如 果 设 计 时 考 虑 不 到 钢 材 抗 氧 化 性 的 不 同 ， 往 往 会 造 成 实 际运 行 中 ， 蒸 汽 温 度 超 过 钢 材 的抗 氧化 温度 ， 导 致 钢 材 和水 蒸 气 发 生 快 速 氧 化反应 ， 生成过量氧化皮 ， 产生氧化皮脱落现象 。 ( 2 )管壁 温度 管壁 温度对 金属 表面 氧化皮 的生成 有 着重 要 影响。当锅炉蒸汽管道长期在超过 自身抗氧化能 力的温度下运行时， 管道金属和高温蒸汽 的氧化 反 应就会 加快 ， 氧 化皮 的生 成量 就会 增 多 ， 氧化 皮 厚度超过一定厚度， 就会引起氧化皮的脱落 。 ( 3 )机组启 停 时 的热应 力 当锅炉启动尤其是冷态启动时 ， 由于正常 的 水循环未能建立， 过热器和再热器中没有蒸汽流 过 ， 处 于干 烧状 态 ， 如 炉膛 出 口温 度 控 制 不 好 ， 很 可能造成过热器和再热器管道超温运行 ， 加快金 属氧化速度。机组启停 中运行操作不 当， 蒸汽温 度升降变化过快 ， 或者减温水 投运过快过 量， 都 会 在金 属 管道 内部 产 生 较 大 热应 力 ， 造 成 氧 化 皮 盯 0 0 咖 加 加 m 0 s I I 眦 疃 昕 =兮 叭 O O O O 0 0 0 0 O 傩 盯 嘶 晒 m 傩 町 全 叭 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 增刊 2 王具宝 ， 等 ： 超 ( 超) 临界机组 电站锅炉氧化皮脱落的原 因分析与防治 4 3 脱落 引。 3 炉 管氧化皮 的防治措 施 根 据氧 化 皮 的生 成 机 理 ， 氧 化皮 的 生成 属 于 自然现象 ， 不 能根治 ， 但可 以控 制。从 氧化皮脱 落的影响因素看 ， 可以从运行和检修 两方 面提 出 以下防止锅炉氧化皮脱落的措施 。 3 1检 修 中的 防治 措施 ( 1 )机组 停运 时加 强对 氧 化皮 的检 查 当机组 停机 后 ， 根 据检 修计 划 对高 温 过热 器 、 高 温再 热 器 的 弯 头 割 管 检 查 并 拍 片 ， 有 条 件 的可以抽取一些弯头部位进行氧化皮 的测厚 ， 及 时 掌握 管 内金 属氧 化 皮 的 堆 积状 况 ， 对 氧化 皮 堆 积 过量 的管 子 进 行 更 换 。加 强 氧 化 皮 的 检 查 及 风险评估工作 ， 避免发生爆管事故。 ( 2 )提高 材料 抗 氧化性 不 同材 料 的抗 氧化 能力 是 不 同 的 ， 应 用 较 高 抗 氧化 能 力 的 钢 材 能 有 效 减 少 氧 化 皮 的 产 生 。 比如 ， T2 3钢 材 抗 氧 化 能 力 较 弱 ， 可 以通 过 更 换 具有更高抗氧 化能力的 T9 1钢材。但 是这种做 法 代价 较高 ， 可 以考 虑 选 择 个别 超 温 或者 氧 化 皮 脱 落严 重 的部位 进 行更 换 ， 来减 弱 氧 化 皮 对 机 组 运行 的影响 。 ( 3 )对 受热 面 采用镀 铬 处理 对 炉管 表面 镀铬 ， 可使 炉管 表 面 产 生 薄 的保 护性氧化皮 ， 这种 氧化皮致 密且 附着力强 ， 不易 脱落 ， 它通过 降低 F e 。 浓度 ， 使金 属氧化物 的生 成 速 度减 缓 2 3 l_ g 。另 外 ， 炉 管 表 面镀 铬形 成 的 金属氧化皮稳 定性高和炉管基 体 的热膨胀 系数 相差 较小 ， 大 大 增 强 了这 种 炉 管 的 抗 氧 化 能力 。 但 是 采用 表 面镀 铬 法处 理 费 用 高 ， 且 存 在 环 境 污 染 ， 限制 了这 一方 法 的推 广和应 用 。 ( 4 )对 受热 面 内壁 面喷 丸处 理 喷丸 是 提高金 属 管 道 抗 氧 化性 、 减 少 氧 化 皮 脱 落 的有效 方 法 。在 金 属 喷 丸作 业 中 ， 喷 射 在 金 属壁面上的高速弹丸流 ： 一方面使金属 内壁表面 发 生 塑性 变 形 ， 形 成 一 定 厚 度 的 强 化 层 ； 另 一 方 面， 在高速 弹丸流 的打击下 ， 金属 管道 内壁 面的 氧 化物 F e O。 和 F e 。 O 破 碎剥 离 ， 促 进 晶粒结 构 中 C r 与 Al 原 子的游离( 其 中以 C r游离尤 为明 显 ) ， 增 大管 材 内 壁 表 面 氧 化 膜 层 中 C r与 A1 原 子 的含量 ， 有利于 C r O 和 Al O。的形 成 ， 降低 F e 元素相关氧化物生成 的几率 ， 增强了合金钢管 道 内壁 的抗 氧 化性 。 ( 5 )进行化学清洗 对炉 管采 用 化 学 清 洗 去 除堆 积 氧 化 皮 是 一 种行 之有 效 的办 法 。当管 内氧 化 皮堆 积较 多 ， 氧 化皮平 均厚度在 0 3 mm 以上时应进行化学清 洗 ， 清 洗溶 液一 般选 择羚 基 乙酸 、 乙 酸 、 E D TA， 清 洗 时长一 般为 1 2 h ， 清 洗次 数一 般为 2 3次 。 化学 清洗 时要 使 管道 内 的氧 化皮 清 除 干净 ， 不能 在 弯 头 和 管 道 底 部 有 残 留物 堆 积 。必 要 时 考虑在化学清洗后吹管 ， 使杂物吹除干净。 3 2 运行 中的防治 措施 3 2 1控 制管 壁温 度 ， 避 免超 温 机组 运行 中 ， 要 加 强 对 末 级 过 热 器 、 末 级 再 热器 的壁 温 监 视 ， 防 止 炉 管 超 温 运 行 ， 同时 加 强 燃烧调整 ， 使末级 过热器、 末级再 热器壁温偏差 在规 定范 围 内 ( 控 制 偏 差 不 大 于 1 0) ， 如 发 现 壁温 偏差 较大 ， 因分 析原 因 ， 采 取对 策 。 3 2 2严 格控 制机 组启停 期 间 的温升 ( 降) 率 ( 1 )启 动温度 控制 锅炉 冷态 启动 时 ， 要 按 照锅 炉 运 行 规程 中 的 启动曲线进行升温升压， 一般升温速率应控制在 1 5 mi n以下 ， 升压速率控制在 0 1 MP a mi n 以下。当锅炉热态启动时 ， 要严格控制高温受热 面壁面温度， 避免管壁温度快速冷却产生较大热 应力。此时， 可提高升温升压 速率 ， 尽快 达到正 常运 行 中的温度 。同 时 ， 启 动 过 程 中应慎 重 投 运 减 温水 ， 避 免金 属温度 大 幅度波 动口 。 ( 2 )停 运 温度控 制 目前 ， 锅炉停运时一般为滑参数停运。停运 时， 同样要按 照运行 规程 中 的停 运 曲线降温 降 压 。一般主汽温降温速率控制在 2 rai n以下， 主汽压 降压 速 率 控 制 在 0 1 MP a mi n以 下 。如 果 锅 炉 遭 遇 故 障 突 然 停 运 ， 必 须 在 锅 炉 通 风 5 mi n后 ， 送 、 引风机应立即停止运行 ， 进行焖炉， 在金属壁温符合规定后 ， 才能进行 自然通风。 4 结 语 随着 国内火电技术 向大容量 、 高参数方 向发 展以及一些火 电机组长时间运行 ， 炉管氧化皮脱 落 问题在 国 内超 临 界 机 组 已越 来 越 多 的暴 露 出 来 。对氧化皮进行研究和防治 ， 已经显得越来越 重要 。通 过分 析氧 化皮 的成 因和脱 落机 理 ， 并 在 此基 础上 提 出氧化 皮 脱 落 的 防治 措 施 ， 可 提 高相 关单 位对 氧化 皮 问题 的认 识 和 理解 ， 为 火力 发 电 厂机 组运 行提 供借 鉴和 参考 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 4 锅 炉 技术 第 4 6卷 参 考 文献 ： 1 朱宝 田固 体 颗粒 对 汽轮 机通 流 部 分 的冲蚀 与 防 止对 策 c 火 电厂蒸汽通 流部件 高温氧化皮 的影响与 防治对策研 讨会 ， 2 0 0 2 2 唐海宁大容量 电站锅炉金 属氧化皮 问题 综合分析 D 南 京 ： 东南大学 ， 2 0 0 6 3 郑世津锅炉蒸汽侧氧化皮剥落的治理 J 华 东电力 ， 2 0 0 3 ( 1 2 )：6 6 6 7 4 李英 ， 高增 ， 侯君 明超 临界锅炉过热器 氧化皮形成和剥落机 理分析及预防措施 J 热力发电 ， 2 0 0 7 ( 1 1 ) ： 1 1 9 5 赵彦芬 锅炉高温部件的热腐蚀 J 热力发 电，1 9 9 4 ( 2 ) ： 1 5 1 8 6 华北电力科学研究院 ， 北京华科恒通 电力技术 有限公 司大 型电站锅炉管道内壁氧化 皮形成 机理 、 测 量及 防控 R 北 京 ： 华北电力科学研究院 ， 2 0 0 9 7 高丽华汽轮机部件 固体 颗粒侵 蚀的原 因分 析与 防止对 策 E C 火 电厂蒸 汽通流部 件高温氧化 皮的影 响与防治对策研 讨会 ， 2 0 0 2 8 王晓 良汽轮机部件 固体颗 粒侵蚀 的原因与 对策E 1 中国 电力 ， 2 0 0 3 ， 3 6 ( 6 ) 9 田利 ， 何辉纯电站锅炉再 热器及过热器 氧化物剥 离的控 制 c 火电厂蒸汽通流部件高温氧化皮 的影 响与防治对 策研 讨会 ， 2 0 0 2 1 o 沈敏光探讨防止和减缓氧化皮 生成 和剥落的方法 J 电 力建设 ， 2 0 0 3 ( 9 ) Ca u s e An a l ys i s a n d Pr e v e nt i on o f Boi l e r Oxi d e Ski n Sh e d di n g o f S up er cr i t i c a l a n d Ul t r a Su p e r cr i t i c al Uni t s W ANG J u b a o， HUANG Ha o， J I ANG Le i ( Ni n g x i a Bo i l e r a n d P r e s s u r e Ve s s e l I n s p e c t i o n I n s t i t u t e ，Yi n c h u a n 7 5 0 0 0 1 ，Ch i n a ) Abs t r a ct： Ox i de s k i n of Bo i l e r t u be s s he d di ng a c o m mo n pr ob l e m i n t he s upe r c r i t i c a l a nd u l t r a s up e r c r i t i c a l t he r m a l po we r ge n e r a t i n g u ni t s I n r e c e n t y e a r s，d ue t o ox i d e bl o c k e d of f ha s c a us e d ma ny bo i l e r t u be b ur s t a c c i de nt Th e r e f o r e，i t i s v e r y i mpo r t a nt o n t h e a na l y s i s a nd t h e r e s e a r c h t o t he ox i de s c a l e I n or d e r t o c on t r ol s uc h a c c i de nt s，r e du c e e c on omi c l OS S of f i r e p o we r p l a nt Thi s pa p e r a n a l y z e s t he c a us e o f t he o xi d e s ki n s he d d i ng o f f ur n a c e t u be i n t he o pe r a t i o n of u ni t ，a nd p ut f o r wa r d s o me p r e v e nt i on a n d t r e a t m e n t me a s ur e s o n t hi s b a s i s K e y w o r d s： o xi d e s ki n o f b oi l e r p i pe s s he dd i n g； s up e r c r i t i c a l pr e v e nt i o n；t r e a t me nt me a s l 】 re S ( 上接 第 3 9页) An a l y s i s o f De f e ct s i n W e l d J oi nt s o f An Ul t r a Su p er cr i t i c al Ge n e r a t o r S et S A一 3 3 5 P 9 2 Pi p el i n e s LI S h u - x u e ， J I N Xu e f e n g ( Gu a n g d o n g I n s t i t u t e o f S p e c i a l Eq u i p me n t I n s p e c t i o n a n d Re s e a r c h F o s h a n 5 2 8 2 5 1 ，Ch i n a ) Ab s t r a ct ： The m a t e r i a l c h