锅炉高温受热面氧化皮的研究与控制

锅炉高温受热面氧化皮的研究与控制

摘要：针对开封发电分公司两台600WM超临界机组从投产后出现的锅炉受热面

因氧化皮剥离堵塞管道造成过热爆管问题和检修中分析的氧化皮情况，进行全面

的分析，通过加强运行、检修、水质、壁温监测和超温管理等方面，采取行之有

效的预控措施，减缓了受热面氧化皮的生成与剥离，避免了爆管，提高了机组的

运行可靠性。。

关键词：受热面；氧化皮；预控措施

1研究的背景和意义

1.1 概述

国家电投集团开封发电分公司两台600MW火力发电机组分别于2008年12月、2009年2月投产，锅炉采用东方锅炉(集团)股份有限公司DG1950/25.41-‖1

型超临界变压直流锅炉，高温再热器、高温过热器、屏式过热器管材质均为粗晶TP347H。

1.2 研究的背景和意义

2011年10、11月份，#2炉、#1炉分别因氧化皮堵管造成高过管短时过热爆

管停运，受热面大面积损伤，直接损失近100万元。公司组织多方分析研究预控

措施，并机组逢停必查氧化皮。2014年3月和2015年2月锅炉氧化皮检查发现

高再和高过氧化皮剥离堆积增多（#2炉高再检查7次，割管231根；#1炉高再

割管86根，高过割管122根）。因此进一步研究如何减缓氧化皮的产生和剥离、完善控制措施，对避免受热面爆管有重大意义。

2 高温受热面氧化皮生成原因分析

2.1 氧化皮产生机理

锅炉高温受热面管材质为奥氏体不锈钢TP347H，奥氏体金属和管中高温蒸汽发生氧化反应，生成氧化物（主要是四氧化三铁），附着在管壁上称为氧化皮。

3Fe+4H2O= Fe3O4+4H2

2.2 氧化皮剥离有二个主要条件：

2.2.1氧化皮属尖晶石结构与奥氏体面心晶格结构基体结合力较差，18-8奥氏体钢的热胀系数16-20×10-6/℃，而氧化铁Fe3O4为6.0-9.0×10-6/℃，由于晶格结构、热胀系数差异，管内氧

化皮层达到一定厚度后，温度变化较大时易从金属本体剥离。不锈钢0.07-0.20mm，铁素体

型铬钼钢0.15-0.30mm(运行0.5-4万小时可以达到)；

2.2.2 研究表明TP347H奥氏体不锈钢在蒸汽温度566 ℃以上时更易发生氧化皮剥落，其氧化

物高峰期在10000～15000小时左右，氧化皮厚度达到一定值，温度变化速度快，促成氧化

皮剥离后堆积在弯头内不容易被蒸汽带走，会造成过热爆管。#2机组投入运行至2011年10

月因氧化皮爆管，共运行18000小时，启停17次。结合理论和经验发现，机组频繁启动、

升降温度过快是造成氧化皮剥离的一个必然条件。

3 控制措施

3.1 根据氧化皮产生机理和实际情况，考虑从以下2个方面控制氧化皮

3.1.1减少氧化皮的产生

氧化皮产生的主要原因是高温氧化，多年检测经验总结出受热面在不超温的情况下几乎

没有超标现象。因此，控制受热面壁温和蒸汽温度不超温是首要重点。

3.1.2减少氧化皮剥落条件

①、出口蒸汽温度为570℃的超临界锅炉，TP347H粗晶不锈钢管氧化皮集中剥落的累计

运行时间约在8000至15000h，若机组启、停时严格控制温升、温降速率等，氧化皮集中剥

落的时间还将推迟。

②、TP347H粗晶不锈钢管氧化皮一旦大量集中剥落，再次生长增厚的速率明显降低，5

万h内再次发生集中剥落的风险将大大降低。

3.2预控措施

3.2.1运行预防措施

、加强燃烧调整和参数控制。锅炉冷、温态启动、停运及升、降负荷过程中，过热和再

热蒸汽温度、受热面管壁温度及烟温变化速率应≤1.5℃/min。邻机加热投用期间控制水冷壁

温升速率≤1.5℃/min。锅炉热态启动，严格控制温升速度4—6℃/min范围之内（烟温和受热

面壁温相匹配后再控制升温速率≤1.5℃/min）。锅炉负荷低于25%时，减少减温水投用。

、采取滑参数停炉方式，停炉后控制锅炉的冷却速度。严格按规程规定控制停炉吹扫风

量及吹扫时间，停炉后严密关闭风烟系统所有挡板，保持炉底水封完好，减缓炉内温度下降

速度，烟温降至180℃后，根据需要方可进行自然通风冷却。

、严格执行吹灰制度，若机组连续380MW以上负荷运行，按规定对炉膛水冷壁和屏式

过热器进行全面吹扫。

3.2.2 机组检修采取的预防措施

制定合理的氧化皮检测办法，机组停运期间利用精确仪器测量氧化皮堆积情况，高再管

内径约42.8mm，堆积高度按不超过1/2管内径控制，高过管内径约28mm，屏过管内径约

24mm，堆积高度按不超过1/3内径控制。

根据情况对高温再热器、过热器弯头氧化皮进行多次测量，氧化皮检测的最好时间在检

修中后期，在炉内所有检修工作结束后、脚手架拆除前，再进行最后一次测量，保证启机前

尽可能的减少氧化皮的堆积。检修期间不能随意敲打受热面管，避免外力作用使氧化皮大量

剥离。

3.2.3水质方面的要求

机组采用给水弱氧化处理方式，采用凝结水泵出口、省煤器入口的溶解氧信号，分别对

凝结水泵入口母管、除氧器下降管两点的加氧流量进行自动调节、控制。设定机组凝结水溶

解氧期望值为30μg/L，省煤器入口给水溶解氧期望值为10μg/L，通过精准加氧，严格控制水

质中氧含量。同时，引入省煤器入口给水的氢电导率信号，在给水水质劣化时（氢电导率＞0.15us/cm），自动停止凝结水、给水两侧加氧，待水质恢复后再自动恢复加氧。

3.2.4 受热面超温管理

根据实际运行情况，将高过、屏过壁温超温报警值由640℃改为591℃，高温再热器壁温

报警值由640℃改为610℃。在机组启动或异常情况下，加强壁温测点的检查。当受热面壁

温高于规定值时，组织人员分析原因，并根据超温时间与幅度对监盘人员进行考评，纳入绩

效管理。

通过降低壁温报警和加强超温管理，使管壁超温现象得到了很好的控制。

4 结束语

经过不断的摸索和经验积累，结合机组运行、检修、水质控制、壁温控制等各方面，制

定了一套可行的、有效的预控措施，并结合每次检查的结果做了相应的调整，使锅炉受热面

氧化皮得到了有效控制。2018年2月#1机组氧化皮检查，仅发现高再8根堆积超标，高过、屏过未发现超标，4月#1机组和10月#2机组检修中氧化皮检测均未发现氧化皮堆积超标。

由于受热面氧化皮产生的根源还存在，氧化皮的控制还不能放松，还需要不断完善氧化皮预

控措施，同时加强设备的改造，为机组的稳定运行提供有力的保障。

参考文献

[1]唐海宁.大容量电站锅炉金属氧化皮问题综合分析.东南大学硕士学位论文，2007.8

[2]梁百华. 600MW超临界直流锅炉氧化皮脱落原因分析及预防.中国电力教育，2011（33）

[3]王志军.超临界机组氧化皮综合治理.第四届火电行业化学（环保）专业技术交流会论文