机组正常运行防止氧化皮脱落控制措施

1、设备概述
大唐三门峡发电有限责任公司2×630WM机组 锅炉型号为HG-1900/25.4-YM4。锅炉为超临界 压力、循环泵式启动系统、一次中间再热、单炉 膛平衡通风、固态排渣、全钢构架的变压本生直 流炉。主蒸汽压力25.4Mpa，温度571℃，再热 蒸汽压力4.62Mpa，温度569℃。燃烧器布置方 式为前后墙对冲。
行142小时后爆管。
检修后点火启动到锅炉爆管 运行51小时。
◆2010年9月14日 #4炉管子爆口形貌
图1.1 #4炉高过第30排第10 图1.2 #4炉高过第13排第1
根爆口形貌
根爆口形貌
◆ 2011年2月22日#4炉管子爆口形貌
图1.3 #4炉高过第11排第5根爆口形貌
◆ 2010年11月9日#3炉管子爆口形貌
过热器和再热器汽温调节主要靠烟道尾部的烟气调 温挡板，辅助减温水调节。氧化皮主要发生在高温过 热器入口SA-213 TP347H管段，脱落后氧化皮易沉积在 管屏底部弯头。
两台机组分别于2006年6月、8月投运，#3 炉于2009年3月机组中修时锅炉给水系统酸洗 后实施给水加氧运行，#4炉2010年2月小修酸 洗后实施给水加氧运行。
机组投运以来氧化皮脱落导致锅炉爆管事件 3次。#3机组首次因氧化皮爆管累计运行33246 小时，#4机组累计运行31619小时。
序号 时间 1 2010年
9月14日
机组 泄漏位置
运行情况
#4
高过 #4炉在启动机组并网后6小时
爆管。
2
2010年 11月9日
#3
3
2011年 2月22日
#4
屏过 高过
机组因“DEH2路电源失去” 机组跳闸， 21小时后故障处 理完毕。于 03:28并网后运
1
2
3
4
5
6
磁通量
高度
磁通量 高度
磁通量 高度
磁通量 高度
磁通量 高度
磁通量 高度
15
-1035
末级过热器布置于炉膛出口的屏式过热器之后，折 焰角上方，沿炉宽方向排列共30片管屏，顺流布置， 管屏间距为690mm。每片管组由20根管子绕制而成，入 口段的管子Ф44.5×7.5 （材质SA-213 TP347H）。出口管 屏材质为Ф44.5×7.5（材质 SA-213 T91），每片末级过 热器均连接有入口及出口集箱各一只。
锅炉高温受热面 氧化皮脱落综合治理探讨
大唐三门峡发电有限责任公司 二○一五年八月
前言
大唐三门峡发电有限责任公司#3、4机组从2010年9 月至今，共计发生三次因锅炉受热面氧化皮脱落导致锅 炉爆管，奥氏体不锈钢氧化皮问题已日益突出，严重影 响机组安全、经济、稳定运行。问题发生后，我们与电 科院将此问题作为双方的共同重点攻关项目，成立了联 合攻关小组，会同电科院专家对国内一些电厂的类似情 况进行调研。根据氧化皮生成、脱落原因制定了机组启 动、运行、停机及检修期间检测清理等预防控制措施。 以寻求氧化皮快速生长和大面积脱落的原因，从而有效 减少因氧化皮脱落堵管引起的锅炉爆管泄漏事故。
氧化皮在钢管内堆 积堵塞的形式：
4.1外观检查及割管抽查 停炉后对运行超温报警管壁逐个检查，发现外
观颜色明显不同，有过热倾向，进行割管。
图：氧化皮形状
4.2磁通量检测法
利用氧化皮和奥式体不锈钢母材的磁性差异 来判断受热面管内氧化皮的堆积和生成情况，该 种检测方法方便快捷，对检测人员的经验要求较 高。经过多次实践，目前电科院已经掌握检测的 规律，与射线拍片结果相同，为保证检修质量、 缩短检修工期提供了很大的帮助。
2、氧化皮生成原因
钢表面氧化皮的生成是金属在高温水汽中发 生氧化的结果。在570 ℃ 以下，生成的氧化膜是 由Fe2O3 和Fe3O4 组成，Fe2O3 和Fe3O4 都比较 致密( 尤其是Fe3O4 )，因而可以保护钢材避免进 一步氧化见图2.1
图2.Βιβλιοθήκη Baidu 低于570 ℃管内部的氧化膜结构
当超过570 ℃时，氧化膜由Fe2O3、Fe3O4、FeO 三 层组成，FeO 在最内层，见图2.2
3.1奥氏体不锈钢与氧化皮热膨胀系数不同
氧化铁的膨胀系数一般在9.1×10-6/℃，奥氏 体不锈钢的膨胀系数一般在16 ～ 20×10-6/℃，两 者热膨胀系数差异较大。在锅炉运行或启、停机 时受热面管子的温度变化，尤其是剧烈的温度变 化时，氧化皮之间以及基材因受热应力而脱落。
3.2氧化皮达到一定厚度（不锈钢0.10mm， 铬钼钢0.2-0.5mm）。
通过我公司以上爆管实例说明：超临界机组 在启动、停运及机组大负荷波动过程阶段是氧化 皮易脱落的较危险时期，在此阶段由于管子温度 波动大、参数较难控制，极易造成高温受热面氧 化皮与奥氏体不锈钢管材由于热膨胀系数不同而 脱落，堆积在弯头处堵塞，管径变小，最终由于 管内蒸汽流量小，蒸汽对管道冷却不足发生过热 爆管。
结论： 高温运行工况下，实际运行中奥氏体不锈钢
管氧化皮的生成和剥落是不可避免的，氧化皮在 不断的生成和剥落。脱落速度取决于机组启停温 度变化速率和压力变化速率。
4、机组检修氧化皮堆积检测、清理
锅炉启动、停炉时升降温速率过快会造成氧 化皮大量剥落并堵塞受热面管子，如果停炉后不 对受热面管进行检查清理，再次启动后受热面管 子便会面临短期超温爆管。因此“逢停必检”是 防范氧化皮造成危害的重要手段。
图2.2 高于570 ℃管内部的氧化膜结构
因为铁的氧化物中存在FeO，而FeO 是不 致密的，因此破坏了整个氧化膜的稳定性，这 样氧化过程得以继续下去。此时，金属的抗氧 化能力大大降低，铁与水蒸汽直接发生化学反 应生成Fe3O4 ：
3Fe+4H2O= Fe3O4+4H2 ↑
在氧化皮的形成过程中，管壁温度和压力对氧 化皮形成起着推动作用。据有关资料介绍，氧化 皮的生长速度与温度有着密切的关系。
一般说来，在某个温度段（565 ℃ ～ 595 ℃ ），温度越高，氧化皮生长速度越快，而锅炉主 蒸汽温度为571 ℃ ，在该温度下运行，管内壁氧 化皮就会很快生长。
结论： 机组正常运行温度就会发生高温氧化。温度
越高，高温氧化就会加速，容易造成氧化物运行 中大面积快速脱落，氧化高峰期来的越早。
3、氧化皮的脱落原因