探讨防止和减缓氧化皮生成和剥落的方法

探讨防止和减缓氧化皮生成和剥落的方法

沈敏光

(浙江省火电建设公司,杭州市,310016)

[摘　要]　

电厂锅炉在运行过程中由于氧化皮脱落沉积在管内,导致蒸汽流量减少,壁温大幅升高,使金属加速蠕变

胀粗,最终爆管的现象常有发生。通过分析氧化皮的形成、影响氧化皮形成的因素以及氧化皮剥落的规律来探讨防止和减缓氧化皮生成和剥落的方法。

[关键词]　探讨　氧化皮　形成　剥落　方法

中图分类号:TK 284.1　文献标识码:B 文章编号:1000-7229(2003)09-0018-02

Inquisition into Approach to Retard the Creation and Exfoliation of

Oxide -layer inside Hot Pipes

Shen Minguang

(Zhejiang Thermal Power Construction Company ,Hangzhou ,310016)

[Abstract]　In some power plants because oxidized layers inside the hot pipes is exfoliated from the wall and accumulated inside ,the steam flow would be decreased greatly.As a result ,the great temperature rise accelerates the metal creeping under high pressure and enlarges the size of pipe ,the pipe burst occurs finally.Focusing on the mechanism of creation and development and rules of oxide layers ,the approaches are discussed to retard and relax the exfoliation from the wall.

[K eyw ords]　discussion ;oxidized layers ;creation ;exfoliation ,approaches

电厂锅炉在运行过程中,由于蒸汽侧氧化皮剥

落沉积造成的危害主要有以下方面:

(1)阻碍管内蒸汽流动,使壁温大幅升高,金属蠕变胀粗,导致炉管泄漏;

(2)引起受热面管金属壁温上升,影响管材寿命;

(3)剥落的氧化皮若带入汽机,会损伤叶片、喷嘴和调门。

为了防止和减缓氧化皮的生成和剥落,本文对氧化皮的形成、影响氧化皮形成的因素以及剥落规律、针对措施等方面进行了分析。

1　氧化皮的形成和影响因素

(1)铁素体金属氧化皮的形成。铁素体材料氧

化物的生长往往由多层组成。内层主要是等轴的铁、铬和氧的晶石。外层氧化皮主要成分是柱状粗糙Fe 3O 4颗粒,在管壁最外层往往有一层细粒Fe 2O 3,内外层的分界线是原有的管壁。氧化皮按上述双层结构发展,形成多层结构。氧化皮的剥落就

会在2个双层结构的中间发生。

(2)影响氧化皮形成的因素。以T 22钢为例,图1表明在一定的压力下,温度和时间对氧化皮厚度的作用。从图中可以看出,

运行时间和氧化皮的厚度基本呈线性关系,而超过一定限额,温度对氧化皮厚度的影响极为显著。在555℃下工作50000h 后的氧化皮厚度约203μm 。

2　氧化皮剥落条件和影响剥落的因素

2.1　剥落的条件

当氧化皮应变所积蓄的能量大于该氧化皮脱层而产生新的内表面所需的能量时,就会发生剥落。这儿涉及到临界厚度和临界温度。

临界厚度:随着氧化皮厚度的增加即运行时间的增长,允许的应变值减小,应变值一旦超出允许应变极限,剥落就会发生。这时的厚度就称为临界厚度,它与管材的温度、材质和运行条件有关。

临界温度:一定厚度的氧化皮产生剥落的最低温度降幅。

收稿日期:2003-07-14

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81・第24卷　第9期

2003年9月

电　力　建　设

Electric Power Construction

Vol.24　No.9Sep ,2003　

图2反映了内壁氧化皮剥落的条件

。

图1　T 22钢在14.81MPa 压力下,温度和时间对

氧化皮厚度的作用

图2　剥落与氧化皮厚度及应力之间关系

2.2　影响剥落的因素

(

1)温降应变(当管材和氧化皮从原来的恒定温

度降低到新的恒定温度时,例如,停炉期间母材和氧

化层的热收缩性能不一致);

(2)热负荷突然变化,热冲击(如启动过程中的再热器、吹灰器的运行);

(3)系统施加的其他外力;

(4)Fe 2O 3向Fe 3O 4转变过程中产生的应力;(5)弯管和焊口等位置的附加应力。

在这些因素中,最重要的因素是温度特性。图3是不同温降速率下对氧化皮破裂剥落的影响。

3　防止和减缓氧化皮生成和剥落的措施

从前面分析的影响氧化皮生成和剥落的因素中,我们可以找到针对性措施。3.1　使用抗氧化性能较好的材料图4为不同管材在各种温度下的氧化速率。研究表明,材料中Cr 含量的增加有助于提高金属抗氧化能力,减缓氧化皮剥落的发生;晶粒较小的钢材抗

氧化性能优于大晶粒材料;T 91抗氧化性能优于其

他材料,而T 22内壁存在氧化皮严重剥落的情况;而对于奥氏体不锈钢,控制蒸汽中氧的含量有利于减少氧化皮的生成

。

图3　

不同温降速率下氧化皮裂缝的增长

图4　温度倒数与金属氧化损耗对数关系

3.2　采取恒温保热措施

在冷却过程中如果对试样在中间温度稳定一段

时间,可以使得氧化皮和钢管间发生应力松弛,减缓氧化皮剥落的发生。3.3　减少氧化皮应变产生的原因

(1)控制锅炉升降负荷速率,减少氧化皮剥落。(2)锅炉停炉过程中,尽量采取较低的温降速率。

(3)启动过程中,尽量采取较快的启动速度,可

以减少氧化皮沉积形成堵塞的可能性。

(4)建立长期的炉管监视机制,包括定期氧化皮测量、割管检查、壁温测量和监视。利用停炉机会对其他受热面内壁氧化皮状况及剥落情况进行检查。

(5)设法降低弯管和焊口等位置的热偏差

(责任编辑:马　明)

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91・第9期

探讨防止和减缓氧化皮生成和剥落的方法