火电厂锅炉受热面管氧化皮脱落事故原因的现代研究

火电厂锅炉受热面管氧化皮脱落事故原因的现代研究

摘要随着我国人们生活水平的提高，人们对于电力需求变得越来越高，并对其产生了依赖。基于上述背景，我国发电厂为了满足人们的需求，开始更新现有的技术和设备，扩大电力的生产能力。目前，超（超超）临界机组是目前发电厂所引进的最新的设备，其所具有的各项性能也是相对较好的，但是在其使用过程中却存在氧化皮脱落的问题，这在一定程度上降低了设备使用的安全性，增加了发生事故的概率。下面作者就针对氧化皮脱落的特征、形成原因以及解决措施进行阐述。

关键词火电厂；锅炉受热面管；氧化皮脱落；事故原因；对策

1 氧化皮脱落的主要特征

通过对发生氧化皮脱落的炉管进行观察和研究能够发现，由于炉管的材质不同也会出现不同的差异。当炉管材料为铁素体钢时，所产生的氧化皮是相对较厚的，一般都能够达到1mm左右，其在脱落时一般都是大面积脱落。当炉管材料为奥氏体不锈钢时，其所形成的氧化皮是较薄的，一般都在30到50μm之间，其所发生的脱落都是小片脱落。氧化皮在发生脱落以后，主要堆积在U型管弯曲的部分、节流孔等部位，从而造成局部温度过高，发生爆管事故[1]。

2 影响锅炉氧化皮脱落的因素

火电厂（超）临界直流锅炉运行过程中，蒸汽温度最高可达550 ℃～600 ℃，而蒸汽强氧化范围为450 ℃～700℃，恰好处于锅炉运行温度范围内，水蒸气这一温度范围内分解成为氢氧原子和氧原子，易与炉管内壁金属离子发生反应所生成产物即为氧化皮（以Fe2O3、Fe3O4、FeO为主要成分），随着高温高压氛围的持续，金属管壁会持续被氧化，最终形成大量的氧化皮。当不锈钢炉管内氧化膜积累到0.05～0.1 mm厚度，达到临界厚度，或母材基体与氧化膜之间的应力达到临界值时，氧化皮会自然脱落，甚至堵塞炉管，造成炉管爆炸。基于锅炉氧化皮形成和脱落原因，对影响锅炉氧化皮脱落的因素进行以下分析[2]。

2.1 炉管材质因素

炉管材质合金成分较多，Cr含量各异，T23、T91、TP347和Super304H耐热钢抗氧化性和抗氧化温度也不同，如果不根据这些成分实际状况进行设计，炉管实际运行中就可能会使温度裕度不足，甚至使炉管运行温度长时间高于抗氧化温度，致使短时间内快速氧化，氧化皮厚度超过临界标准，最终导致氧化皮脱落。

2.2 管壁温度因素

对于已经脱落的氧化皮或炉管爆炸事故，一般是可以通过查找运行记录来检查温度是否超标的方法进行验证。当锅炉金属在超过设计温度或超过钢的最高氧

化温度运行时，短时间内氧化速度会加快，同时炉管氧化皮厚度随之加厚，迅速达到临界厚度，易引起氧化皮脱落。

2.3 机组启停时热应力因素

机组启动时，一般热负荷较大，水循环不能达到正常的流量标准时，会使炉管处于超高温干烧状态，甚至会在短时间内加剧氧化速度。这种情况下，会采用炉管内添加减温水方法来降低炉管温度，而在加减温水过程中虽然可以使炉管温度下降，但却容易產生大量的热应力，从而使氧化皮脱落。目前很多氧化皮脱落问题都是由这一原因引起的；当机组停机时，容易出现滑落参数相对较低、热负荷波动较大，燃烧不稳或停机前低负荷工况依靠减温水來维持蒸汽的温度等问题，出现这些问题后会使温度迅速下降，并产生较大的热应力，最终使氧化皮脱落。从上面叙述来看，机组启停过程中的温度变化率过高会引起较大的热应力，是造成氧化皮脱落的因素之一[3]。

3 氧化皮脱落的预防措施

通过对氧化皮脱落的原因进行分析，能够发现炉管发生氧化反应是不可避免的，所以只能够通过采取有效的措施防止其发生脱落，以降低炉管发生事故的概率。

3.1 提高炉管材料所具有的抗氧化性

在所有材质的炉管当中，T23材质的炉管所发生氧化反应是最明显的，其所出现的氧化皮脱落现象也是最为严重的。当设备在运行过程中是因为这类材质的钢管而出现严重的氧化皮脱落，那么便可以通过更换不同材质的炉管以解决这个问题。此外，炉管材料所具有的氧化性还与材料结构等因素有关，能够通过对材料所具有的晶粒度进行处理以及对材料的便面进行喷丸处理以增加炉管的抗氧化性，尽量避免出现氧化皮的脱落。

3.2 控制炉管中的运行温度

设备在正常运行的过程中，需要对其运行温度进行控制，以确保设备中各部分的温度一直保持在设计温度之下。与此同时，还要重点关注设备受热面上温度出现的偏差，以做好燃烧的调整，并将设备当中温度的偏差控制在10度以内，从而避免设备部分地方由于温度过高，而加快氧化反应。当在设备运行时，如果发现了设备当中某部分的温度已经超过了设计温度，工作人员就对其出现的原因进行具体的分析，并制定和实施有效的措施，以降低温度。

3.3 控制设备在开启过程中的温度变化

在控制设备启动温度上，应根据设备的不同类型选取不同的方法去控制设备的运行温度。当设备冷态开启，并且设备中的蒸汽压力和流量都能够满足设备的运行需求时，便可以对相关系统和元件进行吹扫，将所有沉淀的氧化皮清除干净。

而设备的热态开启时，便需要对设备当中金属材料的温度进行全面的控制，避免其出现大幅度的温度变化，使其能够达到设备停止前的温度状态。同时，在设备处于低负荷状态时，应尽量不要使用减温水，从而减少设备进行干湿转化的时间，进而降低由于金属温度发生变化而影响到设备的运行[4]。

4 结束语

本文通过对锅炉受热面氧化皮脱落影响因素进行分析，对造成氧化皮脱落的原因进行了一定程度上的探究，在后续工作中提出了相应的防治措施，从而可以在一定程度上避免氧化皮脱落对锅炉或机组造成的危害。在实际工作中，工程技术人员应当加强技术创新与实践，不断总结经验，统筹兼顾，不断创新现有技术，为解决锅炉受热面氧化皮脱落问题进行深入分析与研究，并要总结出相应的方式与措施，从而实现发电厂经济效益的提高。

参考文献

[1] 孙玺，杜保华，王大鹏，等.火电厂锅炉管内壁氧化皮脱落风险预警系统研发与应用[J].热力发电，2013，04（08）：90-93.

[2] 万朝晖，陈俊.火电厂锅炉氧化皮脱落的原因分析与预防措施[J].科技资讯，2013，09（17）：114.

[3] 王殿仲，徐宪龙.630MW超临界锅炉高温受热面氧化皮形成及脱落原因分析[J].发电设备，2008，03（04）：310-312，357.

[4] 李斌，陈学进.超临界锅炉高温受热面氧化皮脱落原因分析[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2011，02（03）：86-89.