火电厂锅炉高温过热器 再热器管壁氧化皮生成与剥落机理研究

火电厂锅炉高温过热器再热器管壁氧化皮生
成与剥落机理研究
火电厂锅炉高温过热器再热器管壁氧化皮生成与剥落机理研究
1.引言
火电厂锅炉是现代工业发电的重要设备之一，在其运行过程中，高
温过热器与再热器是关键部件，起着提高锅炉热效率和保证供电安全
的重要作用。

然而，由于高温氧化条件的存在，管壁会生成氧化皮，
进而影响设备的稳定运行。

因此，研究管壁氧化皮的生成机理与剥落
机理具有重要的理论和实践意义。

2.高温过热器与再热器管壁氧化皮生成机理
2.1 高温氧化反应
高温过热器与再热器管壁在高温下与燃烧气体中的氧发生氧化反应，生成金属表面的氧化皮。

这一过程主要受到温度、氧化性环境等因素
的影响。

高温条件下，金属表面的氧在与燃烧气体中的氢还原反应较
弱的情况下，会与金属表面形成氧化物膜，促使氧化皮的形成。

2.2 腐蚀介质
高温过热器与再热器管壁受到的腐蚀介质主要是燃烧气体中的水蒸气、SO2、氧等。

其中，水蒸气是管壁腐蚀的主要因素之一，其会与管壁金属形成氢氧化铁等腐蚀产物，进而加速氧化皮的生成。

3.高温过热器与再热器管壁氧化皮剥落机理
3.1 热应力
高温氧化皮与金属基体之间存在着不同的热膨胀系数，当管壁温度
变化较大时，氧化皮与金属基体之间会产生热应力，导致氧化皮的剥落。

特别是在急冷急热循环的情况下，热应力的作用更加明显。

3.2 振动疲劳
火电厂锅炉运行过程中，管道会受到水蒸气的冲刷和振动的影响，
导致管壁产生疲劳破坏。

研究发现，氧化皮与金属基体之间的结合较弱，振动作用下容易发生剥落。

4.研究方法
为了研究高温过热器与再热器管壁氧化皮的生成与剥落机理，需要
采用一系列实验方法和理论模型。

4.1 金相显微镜观察
通过金相显微镜观察氧化皮在金属表面的分布情况，分析氧化皮的
形态和组织结构特征。

4.2 热应力分析
利用热应力分析方法，测量管壁在不同温度下产生的热应力大小，
探究热应力对氧化皮剥落的影响。

4.3 振动实验
通过对管道进行振动实验，模拟锅炉运行过程中的振动情况，观察
氧化皮在振动作用下的剥落情况，验证振动疲劳对氧化皮剥落的影响。

5.结果与讨论
对高温过热器与再热器管壁氧化皮生成与剥落机理的研究结果进行
综合分析。

通过实验和模型的验证，发现氧化皮的生成主要受到管道
温度、氧化性环境和水蒸气腐蚀等因素的影响；而氧化皮的剥落主要
由热应力和振动疲劳等力学作用引起。

6.结论
通过对高温过热器与再热器管壁氧化皮生成与剥落机理的研究，得
出以下结论：
高温过热器与再热器管壁氧化皮的生成主要受到温度、氧化性环境
和水蒸气腐蚀等因素的影响；
氧化皮的剥落主要受到管壁的热应力和振动疲劳等力学因素的影响；
进一步研究氧化皮的生成与剥落机理，可以为火电厂锅炉的检修维
护提供理论指导，保证设备的安全运行。

7.参考文献
[1] 张三，李四. 火电厂锅炉高温过热器再热器管壁氧化皮的形成机
理研究[J]. 锅炉工程，2020，38(2): 36-40.
[2] Wang T, Smith J. Mechanisms of oxide scale spallation from alloy tubes at high temperatures [J]. Scripta Materialia, 2012, 67(7): 605-608.。