氧化皮生成机理

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氧化皮的产生和剥离 对机组运行的危害
氧化皮的产生和剥离 对机组运行的危害
3 氧化皮的产生容易造成主汽门卡涩，造成机组停机主汽门 无法关闭，威胁机组安全运行。 4 氧化皮剥离容易堵塞疏水管，威胁机组安全运行 进入汽轮机内的氧化皮被蒸汽携带一起流动，在机组启 动阶段，汽轮机的各种疏水处于开启状态，氧化皮随着 蒸汽进入疏水、抽汽系统，降压扩容后，流速下降到无 法携带氧化皮的程度时氧化皮开始逐渐沉积在系统死角， 容易对细小管道、疏水阀门、逆止门等进行堵塞，使系 统产生内在问题，潜在隐患。
超临界机组氧化皮产生机理2
超临界机组氧化皮产生机理2
氧化皮剥离机理
• 钢表面在蒸汽中生成氧化膜是个自然的过程，在开始时膜 形成很快，一旦膜形成后，进一步的氧化便慢了下来，氧 化膜生长厚度与时间呈抛物线关系。在某些不利的运行条 件下，如超温或温度压力波动条件下，金属表面的双层膜 就会变成多层膜的结构，这时氧化膜和时间就变成直线关 系。双层膜先是变为二个双层膜，然后再进一步发展成为 多个双层膜的氧化层结构，如果此时经过多次反复受热不 均后，然后氧化膜便开始会发生剥离。这种多层膜的形态 如下图。
氧化皮的产生和剥离 对机组运行的危害
5 氧化皮剥离严重污染水汽品质 被高速蒸汽带出过热器和再热器的氧化皮剥离物颗粒， 在汽轮机内完成对叶片的撞击和冲蚀以后，颗粒本身会 破碎、变小、变细，并增加了一些叶片本身被冲蚀的产 物，使水汽中铁含量增加。造成锅炉受热面沉积速率增 加。
四、氧化皮产生的影响及其防范措施
水对钢直接氧化的电化学过程
超临界机组氧化皮产生机理1
• 在从此反应式可看到，氧化膜的形成过程中，并无溶解氧 参加反应。氧化膜的生长遵循塔曼法则：d=Kt (d为氧化皮 的厚度，K为与温度有关的塔曼系数，t为时间)，氧化膜 的生长与温度和时间有关，某电厂#1机组在以前的历次大 修 检 查 过 程 中 没 有发 现 氧 化皮 ， 而是在 锅 炉累计 运 行 30703小时发现过热器、再热器管内有氧化皮。氧化膜的 生长速度与蒸汽压力有关，蒸汽压力低比压力高生长速度 快，再热器产生氧化皮的量比过热器要多，不同材质蒸汽 侧氧化皮生长速度是不一样的。
• • 1、正确选材是解决氧化皮脱落最根本的措施 2、在锅炉设计或投运以后的改造中，对高温过热器和再热器采用抗高温氧化 性能更好和抗剥离性能好一些的材质，可以使氧化皮厚度显著减薄，是一项 减缓高温氧化皮剥离危害最根本的措施。大量的研究和试验工作表明细晶 TP347 FG钢管在550℃以上时的抗蒸汽氧化性能较强，其蒸汽侧氧化皮生长 速度较低，已在国内外电厂开始应用。 3、做好氧化皮定期检测工作 4、在大中修期间采用氧化皮监测仪对过热器、再热器进行氧化皮检测，同时 对管材进行寿命评估并及时更换氧化较严重的管材。 5、机组启动时严格按规程控制好升温速度，防止运行中超温，尽可能减缓机 组温度变化的速率，尽量避免紧急停炉，严禁停炉后通风快速冷却，以防止 氧化皮脱落。机组大修停炉时快速停炉冷却，使氧化皮尽快脱落在大修期间 清除。 6、做好停炉防腐工作，防止过热器、再热器弯头积水造成停运腐蚀。 7、采用汽轮机启动旁路系统对氧化皮进行吹扫 8、在机组启动初期利用机组本身的一、二级旁路系统对锅炉过热器、再热器 进行蒸汽吹管，通过监测凝结水中铁含量的变化判断是否有氧化皮脱落。 9、做好主汽门定期维护和检查工作 10、大中修期间彻底清除主汽门上的高温氧化皮，确保主机汽门不发生卡涩， 保证机组安全运行。
氧化皮的产生和剥离 对机组运行的危害
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2 氧化皮对汽轮机产生固体颗粒侵蚀，造成汽机喷嘴和 叶片侵蚀损坏 从过热器和再热器管剥离的氧化皮，很大一部分被极高 流速的蒸汽携带出过热器和再热器，这些被携带的氧化 皮剥离物颗粒具有极大的动能，它们源源不断地撞击汽 轮机喷嘴和叶片，使汽轮机的喷嘴和高压级叶片受到很 大的损伤，使通流部分效率下降，机组出力损失，同时 也缩短了检修周期，增加了检修费用。宝钢电厂的1、2 号机，在运行了4万小时后，就发现叶片受到硬质颗粒高 速撞击的痕迹：在高压调速级及第1至第4级、中压前几 级，叶片的正对汽流面，有不少凹陷的小坑，凹陷点表 面较光滑，边缘直径0.5mm～1.5mm不等。运行了12万 小时后，叶片的损坏已经相当严重。
超临界机组氧化皮产生机理1
• 在无溶解氧的水中，铁和水反应生成Fe3O4并放出氢的机 制，早在1929年就由Schikorr研究得出结论，并得到广泛 应用。后来在70年代，德国的科学家通过电子显微镜的观 察，又进一步确定了铁水反应的就位氧化过程。金属表面 的氧化膜并非由水汽中的溶解氧和铁反应形成的，而是由 水汽本身的氧分子就位氧化表面的铁所形成的。反应式如 下：
钢在蒸汽中形成的多层氧化层
氧化皮剥离机理
• 下图是兰溪电厂#4炉高再管屏底部弯管割 开后可以看见氧化皮（据割管人员告也有 可能用砂轮割管时上部管壁振落）：
氧化皮的产生和剥离 对机组运行的危害
• • 1 氧化皮剥离造成受热面超温爆管 大型电站锅炉的高温过热器和再热器多为立式布置，每 级过热器和再热器由数百根竖立的Ｕ形管并列组成，因 为进出口有50℃以上的温差，这种过热器出口侧直管段 的氧化皮数量明显地大于进口侧。机组在停机和启动时， 以及负荷、温度和压力变化较大时，锅炉受热面上达到 剥离条件的氧化皮开始逐渐剥离下来，堆积在锅炉过热 器蛇行管受热面底部。从Ｕ形管垂直管段剥离下来的氧 化皮垢层，一部分被高速流动的蒸汽带出过热器，另有 一些会落到Ｕ形管底部弯头处。当某一根管子开始有了 一些脱落物堆积，由于流动阻力增加，它的管壁温度就 会比周围的管子高，由于底部弯头处氧化皮剥离物的不 断堆积，使得管内通流截面减小，造成流动阻力增加， 导致管内的蒸汽流通量减少，使管壁金属温度升高。当 堆积物数量较多时，造成管壁超温引起爆管。