600MW机组锅炉高温受热面氧化皮剥落原因分析及防治措施

600MW机组锅炉高温受热面氧化皮剥落原因分析及防治措施
发布时间：2021-06-23T01:52:58.143Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第5期作者：段志祥
[导读] 不同材质锅炉炉管的高温蒸汽氧化皮有着独特的结构特征、生长过程和剥落规律，充分理解和掌握铁素体钢、奥氏体钢等氧化皮生长剥落规律，借助必要的技术手段观察和监测氧化皮所处的发展阶段和状态，是预测、预防氧化皮危害的基础。

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摘要：近年来，我国一大批超（超）临界机组相继投产，其高温受热面采用了大量的奥氏体不锈钢和新型铁素体材料，一些钢材的校核时间较短，其抗腐蚀、抗氧化能力未经过长时间考验，在超温情况下可能发生氧化皮大量剥落事故。

随着机组容量和参数的提高，一些安全性及经济性问题也相继暴露出来。

我国近期还将有大批超（超）临界机组投产，如果不及早研究高温受热面的蒸汽侧氧化规律和预防措施，其造成的非计划停机事故也将会越来越多，这不但影响发电企业正常的安全生产，而且必然影响到发电企业总体经济效益的提高。

某电厂600MW机组锅炉过热器氧化皮剥落堵塞过热管造成管壁超温爆管的问题,对锅炉管道爆口附近铁素体钢氧化皮成分与结构进行分析,得到了氧化皮的生成及剥落机理,结果表明在高温运行状况下:氧化皮的生成速度取决于金属管壁温度和钢材的抗氧化性能;氧化皮的剥落主要取决于氧化皮与金属基体的温差及温度变化速率。

从锅炉运行调整、化学清洗和加强检查等方面提出了预防和减少锅炉高温受热面管内氧化皮的形成及剥落的措施。

关键词：600MW机组；超临界压力锅炉；高温受热面；氧化皮剥落
不同材质锅炉炉管的高温蒸汽氧化皮有着独特的结构特征、生长过程和剥落规律，充分理解和掌握铁素体钢、奥氏体钢等氧化皮生长剥落规律，借助必要的技术手段观察和监测氧化皮所处的发展阶段和状态，是预测、预防氧化皮危害的基础。

现阶段，有多种复合技术用于监测氧化皮的形成及发展状态，如基于数值模拟计算和壁温探头安装相结合的在线壁温监测技术，以及基于金属检验的氧化皮厚度及炉管堵塞程度的测定技术等。

锅炉高温受热面氧化皮的生成和剥落一直是困扰发电企业的难题。

一些发电厂由于受热面运行超温、锅炉启停时温度升降过大、保养不好等原因，锅炉运行不足10000h就会发生氧化物大面积快速脱落，甚至堵塞爆管的故障。

因此，防治和减缓锅炉高温受热面氧化皮脱落是减少锅炉非计划停运，提高锅炉运行可靠性的重要措施。

一、600MW机组锅炉氧化皮生成机理及原因
1、氧化皮生成机理。

锅炉高温受热面产生氧化皮的主要原因为高温氧化，从热力学角度来讲，锅炉管内壁产生蒸汽氧化现象是必然的，因为铁与水反应，在一定温度范围转化为FeO、Fe2O3和少量Fe3O4。

据资料显示，蒸汽温度在538℃以下，锅炉一般不发生氧化皮剥落的问题；而蒸汽温度在566℃以上时，不锈钢管料就会发生所生成的氧化皮剥落，特别是超临界以上参数锅炉不可避免产生氧化皮脱落，堵塞管道的情况，而且温度越高，高温氧化越快。

对于不锈钢管和其产生的氧化皮来说，由于热膨胀系数的差异，在温度发生变化时，氧化皮就会从金属本体剥离，无法避免。

尤其是温度发生反复或剧烈变化时，其氧化皮剥落最快也最多，特别是停炉时冷却最为突出，锅炉正常运行中压差较小，蒸汽流带不走氧化皮，就造成氧化皮堵塞，爆管的问题。

2、氧化皮生成原因。

超临界锅炉受热面管材均为TP347H管材，产生氧化皮状况不同，有的运行5万h左右氧化皮状况很好，有的运行时间很短但氧化皮脱落严重。

就目前机组运行来说，各单位皆知要控制运行温度，所以超温运行可能性不大，只有在减温水投入量较大的情况下才可能超温，如果管材的理化指标一致，那么就要分析水质处理指标控制，及化学仪表的准确性。

从运行温度的状况分析，锅炉运行记录，以及低负荷时的超温状况，并查看正常运行时各级减温水的投人量，发现投入过多，说明运行超温，从清理出的氧化皮很多是大块状、条状，显示本部件运行时有超温现象。

从检测结果的轻重情况来看。

锅炉末级再热器堵塞严重管集中，说明再热器存在热偏差，末级过热器两侧形成谷峰值，应对其产生的原因进行分析调整。

温度变化是氧化皮脱落的最重要影响因素，所以锅炉末级过热器、末级再热器管中产生严重脱落堵塞，查看锅炉末级过热器、末级再热器管运行及停炉时的减温水投入情况及向空排汽和疏水开关情况，减温水投入过大或向空排汽和疏水开的时间过长同样促进氧化皮的剥落。

二、600MW机组锅炉氧化皮生成的防治措施
1、做好锅炉受热面蒸汽和金属温度的监视，严禁锅炉超温运行仍是首要措施。

任何时候不允许蒸汽参数和受热面金属温度超过允许值，在运行中若发现金属温度超过允许值，应采取降低蒸汽温度和调整运行方式的措施。

完善受热面金属温度测点并加强受热面金属温度测点的维护，运行中利用SIS加强受热面金属温度的趋势监测。

尽量抑制受热面温度周期性波动和温度变化速率，减缓氧化皮剥落。

尽可能减少启停次数、频度，减缓升温和降温速率。

机组若停运时，应控制温度变化率。

加强受热面的热偏差监视和调整，防止受热面局部长期超温运行。

严格执行“锅炉水、汽监督规程”，保证汽水品质合格。

锅炉停炉时应做好锅炉停炉保养，将锅炉内表面蒸干，防止受热面内部腐蚀。

2、机组正常运行中,要严格控制受热面蒸汽和金属温度,严禁锅炉超温运行。

对地区负荷峰谷差、负荷落差较大的调峰机组,要控制好磨煤机的启、停。

此外加强对超温考核的力度。

事故跳机情况下,在故障比较明确,不影响机组冲转、并网的前提下,要尽快冲转、并网带负荷,
避免锅炉受热面金属壁温出现大幅度降落。

停炉超过3天,锅炉带压放水前,正常吹扫后应密封炉膛,因设备和检修原因,可以通过自然通风冷却,但应避免停炉后18h内强制通风冷却。

加强检查,及时清理。

拍片检查管内堆积情况,氧化皮测厚,内窥镜检查管壁剥落情况,割管清理。

本着逢停必查的原则,停炉时间超过3天要对屏壁过热器、末级过热器管屏进行检查,发现管道有变色等异常时应及时进行检查、处理。

增大停运频率,加强设备的正常维护,延长检修周期。

停炉时从管屏的振动到检测、割管、清理、焊接恢复都要有分工负责，抓住停炉机会，尽量多割管清理。

锅炉管焊接恢复工作的防异物非常重要，应从切口、坡口、焊接充氩塞纸细节控制，做好防异物工作。

积极地做好防止氧化皮堵塞爆管的预警工作，做到“逢停必查”，及时掌握高温受热面氧化皮的生成脱落状况，做到风险预控和消除。

锅炉启动时是氧化皮剥落堆积堵塞管道爆管的最大风险期。

因为其氧化皮脱落的仅仅是小部分，大量的还在管壁，会随着管屏振动、锅炉启动，管壁温度变化而再次脱落堵塞管道，所以要关注锅炉启动。

启动时开启旁路增大压差，加大管流量，即使有少量的氧化皮也要冲走，降低其堵塞爆管风险。

利用停炉检修机会再次进行检测，发现氧化皮生成量明显减少，说明措施是有效的。

只要做到“逢停必检、检后清理”，做好锅炉运行温度控制、化水处理及停炉保养，就可以有效的减少氧化皮的生成，保证锅炉安全运行。

氧化皮的生成速度取决于金属管壁温度,氧化皮的剥落主要取决于氧化皮与金属基体的温差及温度变化速率。

控制金属管壁温度是治理氧化皮减缓生成问题的关键。

温度变化产生的热应力是导致氧化皮剥落的主要原因,是控制剥落的重点，加强检测、及时发现、及时清理保证机组在健康状态下运行。

参考文献
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