氧化皮调研报告 - xhlee - 20150330

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超超临界锅炉高温氧化皮的问题探讨

超超临界锅炉高温氧化皮的问题探讨摘要：随着机组容量的增加，锅炉的运行参数也相应提高，在锅炉的过热器和再热器管道内逐渐生成氧化皮，氧化皮的脱落容易造成过热器、再热器爆管，汽轮机调门卡涩等情况，因此研究高温氧化皮的生成和剥落问题对机组的安全运行显得尤为重要。

关键词：氧化皮；剥落；温度；引言：在目前具有较高参数的超超临界机组的运行过程中，在锅炉受热面很容易产生腐蚀物或氧化铁，腐蚀物和氧化铁在受热面内不断的积累，如果发生脱落情况，就容易造成锅炉过热器、再热器内部堵塞，受热面爆管，若进入到汽轮机侧，容易造成汽轮机调门卡涩或叶片损坏。

影响氧化皮生成的因素主要有6个:温度的高低、时间的长短、管材的含铬量的高低、材料的组织均匀性、晶粒粗细、水质控制、冷作硬化处理状况。

1、氧化皮的生成机理研究发现，高温下的水蒸气会产生游离氧，而铁在高温下会被氧化，行成致密的氧化膜，形成氧化膜后氧化过程就会减弱，金属得到了良好的保护。

如果氧化过程不牢固，那么生成的氧化膜不断剥落，氧化过程会不断的继续下去。

当蒸汽温度在570℃以下时，生成的氧化膜主要是三氧化二铁和四氧化三铁，上述氧化物相对比较致密，可以保护受热面进一步的氧化。

当蒸汽温度超过570℃以上时，氧化膜由一氧化铁、三氧化二铁和四氧化三铁组成，其中氧化皮的主要由一氧化铁组成，氧化皮是不致密的，因此破坏了整个氧化过程的稳定性，会使得钢材的氧化过程持续进行。

2、氧化皮的剥落及影响氧化皮的剥落有两个条件：一是氧化皮在不断形成过程中厚度也会不断的增加，当厚度超过某一厚度时就会发生剥落现象，不同材质的金属氧化物的剥落厚度也不一样；二是金属材料与氧化物层之间的应力值到达一定临界时，会出现氧化皮的剥落现象。

2.1 影响氧化皮剥落的因素：1）线膨胀系数。

金属与金属氧化物的膨胀系数不同，在温度变化时，它们之间就会发生膨胀不均，产生裂纹。

2）氧化皮越厚，其脱落所需的应力就越小。

管壁与氧化物的温度差越大，应力越大。

锅炉高温受热面氧化皮的分析研究

锅炉高温受热面氧化皮的分析研究摘要：锅炉受热面管若产生氧化皮将会对锅炉的运行有着极大的危害。

因此，对锅炉受热面管氧化皮进行检测历来都是预防锅炉爆管的重要手段。

而超声波技术的应用，则对锅炉受热面管氧化皮的检测有了极大的帮助。

基于此，本文就锅炉受热面管氧化皮的超声波检测进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定帮助。

关键词：受热面；氧化皮；预控措施引言随着锅炉使用时间的增加，氧化皮往往容易产生氧化皮，由于氧化皮与钢管基材膨胀系数差异较大，在停炉冷却过程中，氧化皮因受力脱落，堆积堵塞受热面管，如检查清洗不彻底，会导致锅炉在超温爆管后重新启动。

为了防止爆管事故的发生，必须减少和避免氧化物剥落和积累。

虽然对氧化皮问题采取了不同的处理方法，但对氧化皮产生的原因、规律及预防措施尚无系统的研究。

因此，本文对这些问题进行了探讨。

1.氧化皮的生成机理及危害1.1 氧化皮的生成机理在亚临界及以上机组的锅炉高温段受热面管内，过热蒸汽温度都大于540℃，此时的高温水蒸汽与金属材料中的铁直接反应，生成Fe3O4并放出H2，且温度越高，这种蒸汽腐蚀就越剧烈，具体化学反应式如下：3Fe＋4H2O→Fe3O4＋4H2 （1）蒸汽温度的不同反应产生的氧化皮组成也有所区别。

当温度小于570℃时，产生的氧化皮主要由Fe3O4和Fe2O3构成，形成的氧化皮组织较为致密，可以避免基体母材的进一步氧化；但当温度大于570℃时，产生的氧化皮主要由Fe2O3、Fe3O4和FeO构成，其中Fe2O3在最外侧，Fe3O4在中间，FeO在最里侧，此时形成的氧化皮组织疏松，致密性差，易受外界作用，从而使基体母材不断与高温水蒸汽发生化学反应，加剧了氧化皮的生成。

1.2 氧化皮的危害高温受热面管氧化皮问题一直是困扰电站锅炉安全运行的重要因素。

氧化皮的导热系数比基体母材低，当产生氧化皮后，会影响传热效果，易造成管壁超温，管壁超温反过来又会使氧化皮的厚度增加，如此形成恶性循环。

高温氧化及氧化皮的研究

专题技术讲座热力系统水蒸汽高温氧化氧化皮问题的研究李志刚二○○五年四月前言•近期在国内和华能系统内，机组的高温氧化和氧化皮问题的凸现，引起了普遍的关注。

•高温段金属表面的氧化皮是如何形成并脱落的。

•蒸汽中的溶解氧是否与氧化皮问题有关。

要点1 提供高温氧化机理和有关的基本概念。

2 总结国内外有关的研究成果。

3 提出进一步研究的思路和途经伊敏电厂氧化皮问题•＃1机组运行约3万小时，12Cr18Ni12Ti奥氏体不锈钢的氧化皮已经达到一定的厚度。

水平烟道受热面材质为12Cr18Ni12Ti的二级屏过热器、三级屏过热器、二级对流过热器、二级对流再热器所有管屏U型弯下部均发现氧化皮，氧化皮脱落的管道占水平烟道受热面总数的90%以上。

脱落氧化皮为鳞片状，厚度0.06-0.14mm，长度5-30mm。

氧化皮两侧呈不同颜色，靠蒸汽侧为浅灰色Fe2O3，靠金属侧为深黑色Fe3O4。

相同材质机组对比1•调查结果表明尽管盘山电厂锅炉运行时间和加氧时间还比伊敏电厂长，但盘山电厂不锈钢管内壁氧化轻微，氧化皮很薄且剥落轻微，从未发现过停炉后堆积现象。

区别如下：1．伊敏发电厂：锅炉18.472×18.472米的正方形“T”型炉结构，切园燃烧，燃用伊敏本地产褐煤。

炉膛四面墙上布置32个煤粉喷燃器，每面炉墙上布置两列四层煤粉喷燃器。

按烟气流向在水平烟道中布置有二级屏式过热器，费斯顿-1，一级屏式过热器，三级屏式过热器，二级对流过热器，二级对流再热器，费斯顿-2，费斯顿-3。

盘山发电厂：锅炉为23080×13864mm“T”型炉结构，燃用神华煤，对冲燃烧方式，共有8套制粉系统。

燃烧器共32只，分四层布置，每层共8只，分列于左、右侧墙形成。

该燃烧器的一、二次风均为旋流，一次风旋流强度不可调；二次风的旋流强度可调。

按烟气流向在水平烟道中布置有一级屏式过热器,二级屏式过热器，费斯顿-1，，三级屏式过热器，二级对流再热器，二级对流过热器，费斯顿-2，费斯顿-3。

超临界机组氧化皮的产生与防范对策分析

超临界机组氧化皮的产生与防范对策分析摘要：目前，大容量机组不锈钢管氧化皮剥落会造成汽轮机主汽门卡涩、腐蚀汽轮机部件等，也是近年来电厂常见的问题。

现阶段机组参数已经逐渐向超临界参数方向改革，并在发电行业取得了非常大的突破。

近年来，虽然我国火力发电厂在超临界参数机组方面的投入逐渐增加，但资料显示，仍旧存在较大的问题，特别是部分运行时间较短的机组竟然也出现各类各样的问题。

文章通过对超临界机组氧化皮剥落情况，对其进行分析和研究，并且找出有效的预防措施，以此确保锅炉的安全运行。

关键词：超临界；剥离；氧化皮引言：根据调查显示，超临界机组已经成为火电的重要机型，而随着参数的增加，机组煤消耗逐渐降低，机组经济性能也有所提升，新机组的大容量、较高的参数等特性使应用范围逐渐增加[1]。

报道指出，机组的运行同样也面临着不少问题，比如锅炉受热面管氧化皮生成及剥落等现象屡见不鲜。

因此，应该对受热面采取有效的预防措施，找出问题并予以针对性解决，避免锅炉受热面管爆管，确保锅炉的安全运行。

一、氧化皮生成处于无溶解氧水中，铁和水反应会有氢气产生。

随着科学技术的高速发展，德国科学家利用显微镜确定铁和水的氧化过程。

通过方程式能够清晰的了解到，金属表面所产生的氧化膜不是因为溶解氧和铁的反应，而是因为水汽氧分子对铁表面进行氧化。

当管壁温度处于低于570℃条件下，氧化膜是三氧化二铁以及四氧化三铁合成，这两种分子致密性极强，对钢材的氧化能够进行抑制。

管壁温度高于570℃时，氧化膜便是三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铁合成，其中氧化铁处于内部，由此分析，氧化皮还是以氧化铁为主，但氧化铁致密性较低，对氧化膜的稳定性会有一定的影响，氧化会持续[2]。

因此570℃是形成氧化铁较为重要的温度数据，而此温度便是运行参数设置的重要依据。

不同材质蒸汽侧氧化皮生成速度会有一定的差异，比如二级屏式过热器、二级对流过热器等其材质均是一致的。

若是奥氏体粗晶粒钢的蒸汽侧氧化皮形成的速度相较于其他相对较快。

氧化皮问题研究

3、铁磁性测量原理
奥氏体不锈钢为弱顺磁性物质，氧化皮为铁磁性物质。对铁磁性物质施加磁场，会使铁磁性物质所占有空间的磁场发生较强变化；对弱顺磁性物质施加磁场，其所占空间的磁场无明显变化；通过施加激励磁场，测量铁磁性物质磁化后的磁场强度变化 ---- 即为我们所需的铁磁性测量原理。
利用氧化皮的铁磁性进行测量对所测锅炉管道施加一定规律的磁场，使得管内氧化物被磁化，检测其相关的磁场强度，即可测算氧化物的多少通过多点测量及补偿，可以准确测定管道内氧化物的形状和数量
氧化皮问题研究
（一）氧化皮问题现状及危害
1990年以后，我国火电机组蒸汽温度突破超临界540℃/566℃限制，超超临界火电技术出现，蒸汽温度达到600℃ /600℃。参数的提高使机组效率提高，但伴随着出现过热器、再热器氧化皮问题。
亚临界机组正常运行温度（541℃）此时炉内钢管实际温度（ 541℃ ＋ 50℃ ＝ 591℃ ）；超临界机组正常运行温度（571℃）此时炉内钢管实际温度（ 571℃ ＋ 50℃ ＝ 621℃ ）；经研究蒸汽温度在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事故，特别是超临界锅炉不可避免产生氧化皮脱落堵塞管道，检修时必须检查。
低碳钢和低Cr 合金钢温度与氧化膜类型图
奥氏体不锈钢的氧化层
Cr2O3和FeO Cr2O3的尖晶石结构
2、氧化皮临界厚度
日本IHI和丹麦电业联合体ELSAM的研究结果：氧化皮的成长存在边界效应，即随时间推移氧化皮将达到临界厚度，此后氧化皮开始剥落，产生剥落的原因主要是氧化皮与母材的膨胀系数不同，在载荷变化迅速、锅炉启停等情况下，氧化皮易剥离。氧化皮的临界厚度尺寸：对于铁素体钢管，氧化皮厚度达到500μm时开始剥落；对于奥氏体钢管，Fe3O4氧化皮厚度达到100～ 200μm开始剥落。

末级过热器氧化皮问题专题汇报

二、我厂氧化皮问题爆管情况
2009 年度 9 月份出现 2 次 2017年度总计出现5次
三、同类电厂情况
与我厂同炉型电厂，末级过热器氧化皮问题均比较突出，且均发生过氧化皮问题引起的爆管。
华电福建可门电厂： 2008-2010年发生7次爆管，2010年将
末级过热器管升级为 T91和 TP347H ，后续又发生氧化皮爆管， 2016 年管材又升级为SUPER304/HR3C喷丸。
2017年#5机组A修清理出的氧化皮管位置
4-13 17-10 5-13 19-1 6-13 19-13 7-13 20-10 10-13 24-11 11-13 24-13 13-13 25-6 16-13 27-7
28-7
41-13 50-13
30-13
42-13 51-13
31-13
44-13 52-12
实验室取样分析氧化皮厚度、垢量测定结果
氧化皮最大厚管样名称、取样位置材质氧化皮宏观特征度/μ m 末级过热器管（3-5、 T91 141.8 完好入口段）末级过热器管（3-5、 T91 265.5 局部脱落出口段）末级过热器管（4-5、 T91 325.3 局部脱落出口段）末级过热器管（16-6、 T91 341.9 完好出口段）末级过热器管（20-8 T23 172.3 局部脱落根入口段）末级过热器管（32-5 T91 299.2 完好垢量（g/m2）
4. 管材加工工艺缺陷
锅炉厂为实现经济利益最大化，在设计中采用了不同的管壁厚度，但制造过程中该变径台阶没有
按标准进行过渡处理，易造成台阶处形成涡流，氧化皮脱落后易在此处发生堆积堵塞。
变径处台阶图示
5. 基建安装工艺缺陷

焊接氧化皮生成原因分析

3.5-3.5mm
二、氧化皮形成机理分析
• 焊接氧化皮为金属高温氧化产物； • 金属高温氧化实质是固-气反应的一种，指在高温下金属与氧气反应生
产金属氧化物的过程，包括金属氧化的热力学和动力学。
xM(s) + y/2 O2(g) = MxOy(s)
M-金属、合金； O2-氧气或含氧气体如空气； s-固体； g-气体。
28.84 1.04 70.12 100.00
二、氧化过程影响因素
• 材料化学成分（成分均匀性、合金元素、杂质等）相组成组织结构（晶体结构、加工状态、晶粒尺寸等）物理特性（导热性、热膨胀系数、扩散系数等）表面状态（酸洗、钝化、表面粗糙度、涂层）
• 介质气体化学成分（氧气、混合气比例）氧化性气体分压
人工/机械成本
操作灵活；打磨效果受人工影响；机械打磨涉及复杂技术
酸洗
完全清除酸洗产线及运维成本
环保法律法规要求
中性清洗
基本完全清除
清洗产线及运维成本
喷砂/喷丸
完全清除成本较高
批量生产验证
环保要求；薄板变形和尺寸变化；焊缝疲劳性能改善
三、焊接模拟仿真及工艺试验
不同工艺参数--电流、速度
设计优化改善散热；
加强冷却（铜板、水冷夹具、气冷）；
模拟仿真与焊接试验相结合
存在熔深不达标风险；焊接工艺参数试验；焊枪角度试验；间隙调整；
结构设计优化试验（接头形式、余边高度、板厚）；夹具冷却试验（水冷Cu 板）；
二、氧化皮清理工艺方法验证
清理工艺
预计效果
经济性
特点及影响
机械打磨
绝大部分清除
可行性及试验计划

火电厂锅炉金属氧化皮剥落问题研究及防范措施

火电厂锅炉金属氧化皮剥落问题研究及防范措施摘要：随着国内电力建设发展的加快，国内火电厂新引进的机组由以往的小容量、低参数转向为大容量、高参数，但是随着机组参数提升而来的还有锅炉氧化皮剥落问题，严重影响着锅炉乃至火电厂的安全运行。

尤其是现下机组参数的提升导致金属氧化腐蚀程度更加严重，因此探究火电厂锅炉金属氧化皮剥落问题对于火电厂的运行和发展有着极其重要的意义。

本文结合相关工作经验，分析火电厂锅炉金属氧化皮剥落问题形成的原因，并探究相应的防范措施，为火电厂相关工作人员防范锅炉金属氧化皮剥落提供相应的理论依据，以便于相关工作人员实施工作，促进国内火电厂更好地发展。

关键词：火电厂锅炉；金属氧化皮；防范措施近些年来，国内电力发展十分迅猛，其中大容量机组具备燃煤效率高、排放污染物较少等优点，在国内火电厂已经普遍应用，现下更成为符合国内环保燃煤、提高能源利用率的重要设备。

但是，新型设备在容量方面有着一定的增加，相应的蒸汽参数也是有了很大的提高，在长期运行过程中，锅炉受热面氧化皮剥落问题相对较为严重。

火电厂锅炉金属氧化皮剥落会导致锅炉管的堵塞，还有可能导致超温和爆管现象，严重磨损蒸汽轮机的部件，并且还会影响蒸汽水的品质。

下文分析锅炉金属氧化皮剥落原理、特征，从多个方面探究防范锅炉金属氧化皮剥落问题的措施。

1 锅炉金属氧化皮形成机理及危害1.1锅炉金属氧化皮形成和剥落机理早在19世纪30年代，德国科学家就已经发现金属在高温水汽中会发生氧化反应，氧化反应中消耗的氧是水汽本身结合的氧，不是水汽中的溶解氧。

相应的化学反应方程式为：3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2。

在火电厂实际生产中，投产初期蒸汽中含氢量相对较高，符合上述反应方程式。

前期锅炉蒸汽氢气含量较高，但是会很快降低，这是因为在运行过程中，锅炉金属表面已经形成了致密的氧化皮，在正常情况下这一反应需要较长的时间，但是在高温和水的环境下，反应会更加迅速。

在火电厂中，锅炉受热面氧化皮的形成就是由于金属在蒸汽中发生氧化还原反应，剥落是由于形成氧化皮之后进一步氧化速率会减慢，和其他部位金属材质存在一定的差异，在遇到一些不利运行条件时，会发生振动剥落情况。

预防氧化皮问题浅析

预防氧化皮问题浅析摘要：本文通过对蒸汽管道氧化皮的形成和脱落机理及氧化皮对锅炉蒸汽管道、汽轮机叶片的侵害，就兄弟电厂的实际案例进行了初步的分析，并对如何有效地减轻或减缓氧化皮的生成，保护锅炉及汽轮机设备免受严重侵害总结归纳了预防措施，旨在为神华国华寿电一期机组投产发电后的长期运行提出有参考价值的建议。

关键词：氧化皮；形成；剥离；超温；侵害1.氧化皮问题概念氧化皮是钢铁在高温下发生氧化作用而形成的腐蚀产物，由氧化亚铁、四氧化三铁、三氧化二铁组成。

蒸汽管道投入运行后在450℃～570℃，水蒸汽与纯铁发生氧化反应，生成的氧化膜由Fe2O3和Fe3O4组成，两者都比较致密，可以保护或减缓钢材的进一步氧化。

因此，过热蒸汽管道内壁在运行后所形成的氧化膜可分为两种情况：(1)如果在锅炉投运之前，通过严格的酸洗和吹管两个环节，将金属管道内壁易脱落氧化层彻底清除干净，吹扫过程中或整机调试的初期，当锅炉运行在亚临界低参数工况下（此时温度不会超过570℃），使管道内壁形成致密的、不易脱落的氧化膜（由Fe2O3和Fe3O4组成，这种氧化膜和金属的基体结合很牢固，只有在有腐蚀介质和应力条件下才会被破坏）。

当日后机组运行于超临界工矿下，温度超过570℃时，这种氧化膜可以保护或减缓钢材的进一步氧化，同时自身也可以相对长期地保留。

采用加氧运行，可加速形成上述氧化膜；(2)如果在锅炉投运之前，酸洗和吹管两个环节未按要求严格把关，未将金属管道内壁易脱落氧化层彻底清除干净，则投运后很难形成致密的﹑不易脱落的氧化膜。

这种易脱落的氧化膜在机组投运后产生恶性循环：脱落→氧化→再脱落→再氧化，最终形成大量的氧化膜。

氧化层剥离有两个主要条件：一是多层氧化层达到一定厚度（不锈钢0.1MM、铬钼钢0.2—0.5MM）；二是温度变化频繁、幅度大、变化率高，由于热膨胀系数的差异，在氧化层达到一定厚度后，在温度发生变化尤其是剧烈或反复变化，氧化皮很容易从金属本体剥离。

焊接铜管氧化皮过多的危害与分析

焊接铜管氧化皮过多的危害与分析“星标☆”制冷百科，不错过技术文章。

一、氧化皮的危害铜管焊接过程中，在铜高温时与空气中的氧气接触，就会产生氧化物，也就是俗称的氧化皮，过多氧化皮存在，降低了空调制冷系统中冷冻油的润滑作用，导致压缩机内电机线圈的绝缘性变差，加重了压缩机内压缩腔体部件之间的磨损，缩短制冷设备的使用寿命，同时导致耗电量上升，制冷设备的工作能效比降低；如果氧化皮量过多，甚至会导致制冷系统管路中的干燥过滤器、电子膨胀阀或者是毛细管出现堵塞，从而制冷设备无法正常运行。

一般空调铜管在焊接过程中要求持续充氮气来隔绝空气中的氧气，俗称充氮保护焊接，以阻止氧化皮的产生。

二、充氮保护焊接与吹洗管路：在对管路进行充氮保护焊接时候，需要了解以下知识：•焊接时氮气压力控制在0.2-0.3kgf/cm²左右；•使用气体必须是氮气，禁止使用氧气以免发生爆炸危险；•应确保足够的氮气通入时间，确保在焊接位置的空气被完全排出；•焊接工作宜向下或水平侧向进行，尽可能避免倒焊。

如不慎导致铜管路中产生氧化皮，可以用氮气体吹洗管路内壁：•将压缩机高压截止阀与氮气瓶之间用耐压管道连好，打开氮气瓶阀，用氮气吹系统的高压段。

即利用高速气流将系统中的污物排出，并用一张白布放在出气口检测有无污物，视其清洁程度而定，若白纸上较清洁，表明随气体冲出之污物已无，可停止吹污。

•将压缩机低压截止与氮气瓶之间用耐压管道连好，打开氮气瓶阀，用氮气吹系统的低压段，仍用白布放在出气口检测有无污物，确认无污物后，吹污过程结束。

三、案例用户在商场购买一台变频机，反映制冷效果差，重新定量灌注效果依然没变化。

返回网点对接测量分析：测量蒸发器三排温度，从上到下分别为16℃、17.8℃、23.0℃，管温19℃，偏高。

经分析得出，室外机冷凝器三进中气管制冷剂分配不均匀，某路存在微堵，导致三路支管温度差异大。

由于流量偏少、引起制冷剂在室内机分配器三支管流量发生轻微变化。

氧化皮脱落研究

不同管排温度差异
氧化皮脱落现象
• 高温下反应生成的氧化皮厚度达到一定程度，温度波动和或应力变化会使它发生脱落。70年代，日、英和北美就已报告氧化皮开裂脱落和堵塞的问题。最初是英国发现小口径不锈钢管内壁脱落下的氧化皮堵塞管子现象，堵塞妨碍蒸汽流动导致超温失效。英国中央电力局（CEGB）发起了相关研究，同期，在美国发生了低铬T22等钢脱落氧化皮颗粒对汽机入口通流部分的固体颗粒侵蚀（solid particle erosion，即SPE）问题。65年调查 248台机组，85%的机组存在SPE问题，较为严重的有135台之多、引起汽门卡涩及一级叶片侵蚀。ASME在78年也作了专题调研。
TPRI
壁温监测结果
• 各试验工况，三级过热器炉外最高壁温为 553.6℃ ，低于该类管子炉外金属壁温限值 573℃ ，因此，从强度考虑，三级过热器不超温。 • 各试验工况，四级过热器炉外最高壁温为 568.4℃ ，低于该类管子炉外金属壁温限值 581℃ ，因此，从强度考虑，四级过热器不超温
TPRI
TPRI
氧化皮脱落问题研究回顾和现状
• 1965年美国对汽轮机固体颗粒侵蚀（SPE）问题作了调查（248台机组）。 ASME在1978年也作了专题调研。 • 有关氧化皮脱落的研究最初由英国中央电力局（CEGB）开始，接着，美国的EPRI参加了对氧化皮脱落起因的研究。 • 1978年，CEGB/EPRI合作发表了编号为EPRI FP-686的研究报告。在1974年和1983年美国动力会议上发表。 • 1999年，EPRI还对给水加氧处理（OWT）是否引起氧化皮脱落进行了专门研究。 • 为了适应电力市场对大容量、滑压运行超临界机组的需求，美国专门设立了“研究蒸汽发电厂氧化皮增长和脱落的 EPRI工作组”。

高碳钢盘条表面氧化皮的形成规律及机械剥离性能研究的开题报告

高碳钢盘条表面氧化皮的形成规律及机械剥离性能研究的开题报告一、研究背景及意义高碳钢盘条广泛应用于机械制造、建筑、船舶制造等领域。

在生产加工过程中，高碳钢盘条表面经常会形成一层氧化皮，这对于一些工艺要求高的制造过程会产生不利影响。

例如，氧化皮会降低与其他物质的接触质量，严重时会导致产品质量出现问题，造成经济损失。

因此，研究高碳钢盘条表面氧化皮的形成规律及机械剥离性能，对于提高高碳钢盘条产品质量、降低生产成本、提升企业经济效益，具有重大实际应用价值。

二、研究内容和方法本研究旨在探究高碳钢盘条表面氧化皮的形成规律及机械剥离性能，并分析影响因素。

具体包括以下内容：1、采用SEM等工具对高碳钢盘条表面氧化皮的形貌进行观测和分析；2、研究高碳钢盘条表面氧化皮的成分组成和变化规律；3、评估高碳钢盘条表面氧化皮的机械剥离性能，并分析与盘条表面氧化皮的厚度、结构等因素之间的关系；4、通过实验研究，探究高碳钢盘条表面氧化皮的形成规律，并且发现其形成的主要原因；5、根据实验结果，提出降低高碳钢盘条表面氧化皮的措施。

本研究将采用SEM、EDS、XRD等物理化学表征手段，对高碳钢盘条表面氧化皮的形成规律及机械剥离性能进行探究。

三、研究预期结果通过本研究，预计可以得出以下结论：1、了解高碳钢盘条表面氧化皮的形成规律，发现其形成的主要原因；2、分析高碳钢盘条表面氧化皮的成分组成和变化规律；3、评估高碳钢盘条表面氧化皮的机械剥离性能及影响因素，研究如何降低高碳钢盘条表面氧化皮的措施。

四、研究的意义和应用前景高碳钢盘条在国民经济生产中应用广泛，是中国钢材产业的重要产物。

通过对高碳钢盘条表面氧化皮的形成规律及机械剥离性能进行研究，可以提高高碳钢盘条产品的质量和效益，降低生产成本，提升企业经济效益，具有非常重要的意义和应用前景。

超超临界机组氧化皮问题探讨

超/超超临界机组氧化皮问题探讨一、引言吕四港电厂一期工程为4×660MW超超临界燃煤发电机组，目前4台机组即将投产，参考已投产同类型机组运行情况来看，普遍存在比较严峻的氧化皮脱落问题，为防止氧化皮问题在本工程移交后出现，结合本工程设备特点，制定符合实际的预防措施，争取将氧化皮隐患减小到最低程度，为机组的安全、稳定运行打下坚实的基础。

二、氧化皮的分类及危害1、分类：（1）锅炉过热蒸汽系统的氧化皮；（2）锅炉水系统的腐蚀物。

2、危害：1）氧化皮堵塞管道，引起相应的受热面管璧金属超温，最终导致机组强迫停机。

2）长期的氧化皮脱落，使管壁变薄，强度变差，直至爆管。

3）严重损伤汽轮机通流部分高/中压级的喷嘴﹑动叶片及主汽阀﹑旁路阀等，导致汽轮机通流部分效率降低，损伤严重时甚至必须更换叶片。

4）检修周期缩短，维护费用上升。

5）一些机组为了减缓氧化皮剥落，采用降参数运行，牺牲了机组的效率。

上述各种情况导致机组运行的安全性﹑可靠性及经济性均大幅度降低。

三、防止氧化皮生成及脱落的办法（一）基建设计与调试阶段1、锅炉合同中应明确热偏差允许范围，并作为锅炉性能验收试验的一项重要内容。

2、在锅炉的设计阶段，请第三方对其热力系统进行校核计算。

3、锅炉材质采用耐氧化的合金。

4、在国内同类型锅炉容易发生超温爆管的环节，加装壁温测点/工质温度测点。

要保证壁温测点设计的完整性、合理性，安装的正确性，测量指示准确性。

5、锅炉安装前对受热面管子进行敲击，并用压缩空气进行吹扫清理，清除制造及运贮过程中产生的氧化皮等杂物，尤其是对大口径管道、集箱必须清除制造热处理过程中产生的剥落或尚未剥落的大块氧化皮。

6、严格锅炉风量标定试验、空气动力场实验﹑水动力试验﹑燃烧调整试验，达到制造商规定的要求。

7、加强酸洗和吹管。

在酸洗、吹管后抽查集箱，对集箱进行了割孔用内窥检查集箱内杂物情况。

酸洗后对水冷壁节流孔圈进行全部拍片检查，锅炉吹管后对水冷壁、过热器系统节流短管进行全部拍片检查，检查是否存在堵塞现象，如堵塞立即进行割管清理或更换。

超临界机组氧化皮机理分析及防治对策

112研究与探索Research and Exploration ·工艺与技术中国设备工程 2019.06 (下)近年来发电技术不断发展，高效型超超临界供热机组再热汽温已达620℃，机组发电煤耗和污染物排放水平大幅降低，但是随着机组初参数尤其是温度参数的大幅提高，过热器、再热器管材汽侧的高温氧化问题日益突显，带来了超临界锅炉氧化皮脱落爆管、汽轮机固体颗粒侵蚀等难点问题。

氧化皮脱落后聚集在受热面U 型弯底部，使受热面管道的通流截面减小、流量降低，对受热面管子的冷却效果减弱，高过、高再等高温锅炉受热面管材短期过热，导致高温受热面爆管；受热面管壁剥落的坚硬金属氧化物粒子随蒸汽进入汽轮机，造成汽轮机入口流通部分固体颗粒侵蚀与汽轮机叶片损害。

超临界锅炉氧化皮脱落问题已成为影响机组安全与经济运行的主要问题之一。

为此研究锅炉氧化皮产生的机理，掌握金属材料高温氧化与脱落的规律，并对相关技术参数进行优化，制定预防锅炉高温受热面氧化皮产生、脱落、聚积的相应对策，对提升机组的安全、经济运行特性，具有较大的指导意义。

1 锅炉氧化皮机理分析1.1 氧化皮生成机理分析金属的氧化主要通过氧离子的扩散来不断进行，可以认为高温蒸汽管道内壁氧化膜的生成是一个化学、物理过程。

若化学反应生成的氧化膜不牢固，生成的氧化膜不断剥落，则致密的氧化膜对金属的保护作用消失，金属氧化的过程不断持续进行。

氧化皮的生长速度与管材温度和运行时间都有关系，机组运行时间越长，氧化膜的厚度越大，有资料表明金属温度和氧化速度之间呈指数曲线关系，金属温度越高，氧化速度越快。

一般情况下，锅炉管材蒸汽侧氧化皮的断面形貌呈现双层结构特征，内层与外层氧化物厚度也大体相当。

大量的研究工作表明，外层氧化物得成分主要是Fe 3O 4，内层氧化物的成分主要是(FeCr)3O 4，随着管材中Cr 含量的增加，其内层氧化物中Cr 的含量也相应增加。

通常情况下，外层氧化物微观形态呈现粗大柱状晶结构，疏松多孔，内层氧化物呈现尖晶石结构，较为致密。

超临界机组高温氧化皮问题的分析和防治

２０１４年第３期
内蒙古石油化工
７５
超临界机组高温氧化皮问题的分析和防治
石惠朋
（中国神华能源股份有限公司胜利能源分公司，内蒙古锡林浩特０２６０００）
摘要：现阶段我国一批６００ＭＷ、１０００ＭＷ等级的超（超）临界机组相继投运，但由于发电技术掌握还尚未完全成熟，超（超）临界锅炉过热器和再热器管束内易产生氧化皮并剥落、堆积，造成管柬超温爆管。因此我们要了解掌握氧化皮的生成机理以及影响氧化皮生成剥落的因素，采取有效措施减少并抑制氧化皮的生成和剥落，对机组的安全运行至关重要。
为抑制氧化皮的生成和剥落，引发锅炉爆管非停，从而提出了“减缓生成、控制剥落、加强检查、及时清理”的治理路线。具体措旅大致有以下几方面。
４．１
正确选材及优化设计是解决氧化皮脱落最根
要求高温受热面底部弯头弯曲半径应大于３倍
本的措施
管径．以避免氧化皮堆积。
４．２做好氧化皮定期检测工作并及时清理
通过拍片、测厚、内窥镜等技术手段检查管壁氧
防止高温受热面壁温大幅波动是治理氧化皮
１７．４
１７．５
１７．８
１７．７
１８．３１８．２
１７．３
剥落爆管的重要手段故在锅炉启动及停炉、磨煤机切换、变负荷、投运吹灰器等工况下做好防范准备。４．５减温水操作时其投停和调节尽量平稳和小幅
度操作防止减温水大增大减的脉冲式变化，避免在蒸汽流量很低时投用减温水。
管壁温度越高，时间越长氧化皮产生速度也就
越快。氧化膜的生长遵循塔曼法则：ｄ＝Ｋｔ（ｄ为氧化
离子向外扩散而形成。当温度在５７０℃以下时，内壁氧化皮的主要成分为Ｆｅ。Ｏ。和Ｆｅ：Ｏ。，都比较致密，尤其是Ｆｅ。Ｏ。可阻止钢材进一步氧化。但当管壁内温度达５７０℃以上时，生成的氧化皮便分解成三层，从里到外依次为ＦｅＯ、Ｆｅ。Ｏ。、Ｆｅ２０。（如图１所示），其

亚临界机组氧化皮生成及运行预防

亚临界机组氧化皮生成及运行预防摘要：简述亚临界锅炉氧化皮的研究成果，分析氧化皮生成特点、危害及预防，主要针对运行中如何防止高温受热面氧化皮大量剥脱进行操作指导。

关键词：亚临界；锅炉；氧化皮；措施1.氧化皮生成特点及其危害氧化皮的生成机理1929年，德国科学家Schikorr研究发现，金属可以在高温水蒸汽中发生氧化，氧化所消耗的氧来源于水蒸汽本身的结合氧。

后来通过电子显微镜观察，进一步确定了铁和水蒸汽直接反应产生金属氧化物的事实，主要反应化学方程式为：根据蒸汽侧的氧化反应原理和炉边腐蚀机理，较高的温度会导致炉管失效，约10% 的电厂故障是由于蒸汽侧氧化皮的形成而导致炉管的蠕变断裂造成的[３]，随着运行时间的不断增加，氧化皮在管壁形成、生长并剥落，堵塞管道引起超温，冲蚀磨损汽轮机喷嘴、叶片、叶轮、阀门等，爆管事故屡见不鲜[４]，严重危害了电厂的安全运行[5]，造成了巨大的经济损失。

1.1氧化皮问题治理思路1、升级材料抗氧化能力主要取决于：材料的含Cr量，选用与受热面温度相适宜的材料。

2、安装阶段严格把控现场焊接质量，避免管内焊瘤的存在；以及安装结束前对管内、集箱内部异物彻底清理，防止启动运行后，因管内工质通流面积减少而引起的管壁超温现象。

吊装燃烧器前确认设备完好，各执行机构、挡板能自由摆动，无卡死、摆不到位等情况。

吊装时需把燃烧器安装到设计位置，避免因火焰中心位置不正引起大面积、大幅度汽温偏差。

3、调试阶段做好酸洗和吹管等启动调试工作。

良好的吹管效果可以避免管内异物堵塞所引起锅炉运行时管壁的超温现象。

做好冷态空气动力场试验，一次风调平符合要求，燃烧器摆角、风门挡板实际位置、就地指示、DCS显示三者一致，避免因火焰中心位置不正引起大面积、大幅度汽温偏差现象。

4、运行阶段氧化皮生成与剥落不可避免，因此现实可行的运行方面治理技术路线为：减缓生成→控制剥落→加强检查→及时清理2.运行中防止氧化皮生成措施2.1机组正常运行过程中注意事项1、做好入炉煤的掺配惨烧工作。

受热面高温氧化皮成因分析

图1中压第一级隔板（2000年3月#1机大修）受热面高温氧化皮成因分析徐远鹏华能南通电厂 (江苏 226003)摘要本文概略地分析了受热面内壁高温氧化皮的形成和剥落机理，指出受热面长期超温和高压介质的作用是受热面内壁氧化皮形成的根本原因，受热面内壁氧化皮的剥落对汽轮机和高压加热器的安全运行构成了较明显的威胁。

关键词高温氧化皮超温高温高压剥落华能南通电厂#1、#2炉是美国BW 公司制造的Carolina 型亚临界、一次中间再热、自然循环煤粉锅炉，它采用单汽包、单炉膛、轻型敷管式炉墙、全悬吊结构、“π”型布置，额定蒸发量为1085.1T/H ，过热器出口压力为17.84MPa ，过热器出口温度为540.6℃，再热器出口温度为539℃，给水温度为282℃，锅炉设计效率为93.7%，分别于89年9月和90年5月投产，至2002年7月已累计运行91900H 和93000H 。

1. 受热面高温氧化皮状况及影响BW 公司制造的锅炉，由于其结构设计上有许多独特之处，加上投产以来我厂很注重运行和检修管理，锅炉的运行状况较为理想。

但在运行7万小时以后，也逐步出现一些问题，一是汽机隔板和叶片上有不少冲蚀痕迹，尤其是调节级和高中压缸第一级；二是打开高加人孔门后，时常发现高加内积有不少氧化铁屑杂质，而高加内并没有明显的腐蚀和结垢。

我们分析认为，这是由于蒸汽携带的杂质造成的，而这种杂质就是受热面内壁剥落的氧化皮。

99年4月和2000年5月，委托国电热工研究院用超声内壁氧化皮测厚法，对#1炉和#2炉高温过热器和高温再热器进行了测试和分析。

根据测试结果，高温过热器迎烟侧内壁平均氧化皮厚度为345.6µm ，背烟侧内壁平均氧化皮厚度为339.3µm ；高温再热器迎烟侧内壁平均氧化皮厚度为322.7µm ，背烟侧内壁平均氧化皮厚度为302.9µm 。

高温过热器迎烟侧内壁氧化皮最大厚度为382.1µm ，背烟侧内壁最大厚度为365.3µm ；高温再热器迎烟侧内壁最大厚度为483.4µm ，背烟侧内壁最大厚度为365.3µm 。

管体氧化皮

管体氧化皮原因分析
热处理产生氧化皮的为热处理炉，目前淬火炉后面有除鳞机清除氧化皮，回火炉后面没有除鳞设备，但是热矫直机、可以清除部分管体氧化皮，外锥面打磨设备可以清除掉部分管体外锥面的氧化皮。

目前除鳞机显示压力为11-13MPa，现场过线的五寸S135管体清除效果比较好，大部分清除完毕，达到了除鳞效果，如图1所示：
图1 淬火后的五寸S135管体
管体在热矫直机处碾压时大量氧化皮破裂，部分脱落、部分碾压进管体，管体外观氧化皮众多，效果比较差，如图2。

外锥面打磨设备仅能提高表面的光洁度，为磁粉作准备，但无法清除氧化皮，如图3。

图2下主冷床后的管体
图3外锥面打磨后的管体
可以看出，目前影响管体的外观的氧化皮主要产生于回火炉，氧化皮的生成需有过剩的氧气参与。

天然气的主要成分为甲烷（CH4），其充分燃烧所需空气量为1:10，设备维修后，回火炉的空燃比设备组设定在16-18左右，氧气过剩较多，使得回火炉内氧化皮生成较多，
出炉后没有设备对其清除。

高碳钢盘条氧化皮的组织与机械剥壳性能研究的开题报告

高碳钢盘条氧化皮的组织与机械剥壳性能研究的开题报告
一、题目
高碳钢盘条氧化皮的组织与机械剥壳性能研究
二、研究背景
高碳钢盘条氧化皮是在高温下产生的一种氧化物层，常常在钢材表面存在，对钢材的性能和质量具有较大的影响。

因此，对高碳钢盘条氧化皮的组织与机械剥壳性能进行研究，有助于深入理解氧化皮在钢材表面形成和发展过程中的机理，提高钢材的品质和性能。

三、研究目的
本研究旨在通过对高碳钢盘条氧化皮的组织与机械剥壳性能进行分析研究，揭示氧化皮的形成机理和性能特点，为高碳钢盘条的生产工艺和质量控制提供科学依据。

四、研究内容和方法
本研究将采用以下方法分析高碳钢盘条的氧化皮组织与机械剥壳性能：
1. 金相显微镜观察：对高碳钢盘条的氧化皮进行金相显微镜观察，分析氧化皮的组织结构和成分。

2. 高温氧化实验：采用高温氧化实验模拟氧化皮形成过程，研究不同氧化温度对氧化皮形成及组织结构的影响。

3. 机械剥离实验：采用拉伸试验仪进行机械剥离实验，研究氧化皮的机械剥离性能。

五、研究意义和预期结果
本研究通过对高碳钢盘条的氧化皮组织与机械剥壳性能进行分析研究，可以加深对高温氧化反应机理的理解，提高高碳钢盘条的生产工艺和质量控制水平，推动钢铁行业的可持续发展和进步。

预期结果为：对高碳钢盘条氧化皮的组织结构和机械剥离性能进行分析，提出相应的控制对策，为提高高碳钢盘条的机械性能、使用寿命以及生产工艺提供理论基础和实践指导。