工业锅炉高温受热面氧化皮堵管的成因及应策

摘 要： 工业锅 炉 高温氧 化皮 脱 落后 会在 末级 处堆 积 ， 这 会减 少了管道 的 流通截 面 ， 造 成堵 管进 而发 生管道爆 管。为此 ， 笔 者 在 论述 高温受 热 面氧化 皮发 生 、 脱 落、 堆 积 的成 因的基 础 上 ， 有 针 对性 的采取 了应 对措施 ， 使 由于 高温 受 热大大 减少 ， 有 效保 证 了机 组 的运行 安 全性 ， 可供参 考
也 向双层 、 多层发展 。
高温 金属材 料 Ｓ Ａ 一 ２ １ ３ Ｔ Ｐ ３ ４ ７ Ｈ 为奥 氏 体不锈钢 ，当奥氏体不锈钢长 期处于高温 、 高压水蒸汽 中时， 管子 内壁也会 氧化 。ｃ ｒ 的 活性 较高 ， 在 氧化初 期 阶段 ， 管 子内表 面会 生成很薄 的 Ｃ ｒ ２ ０ ３ 氧化膜 ， 这层膜可 以阻止 管子 内壁的进一步 氧化 ，但只有 ｃ ｒ 含量高 达２ ０ ％Ｈ ￣，合金表 面才会 生成 致密 的氧化 膜 。随着时 间的增 长 ， 氧化膜 以下 的基体相 应发生 ｃ ｒ 的贫 化 ， 在温度 、 压力剧 烈波动情 况下 ，外层氧化皮 出现细微 的裂纹 ， Ｆ ｅ 向氧 化膜外 扩散 ， 大 大恶化 了其 高温下抗氧化 能 力， 氧化速 度加快 ， 氧化层也 开始 向双层 、 多
２氧化皮的脱落 氧化 皮的脱 落有两个 主要条件： （ １ ） 氧化层 达到一定厚度 ， 通 常不锈钢 为０ ． １ ｍ ｍ， 铬钼钢为 ０ ． ２ ～ ０ ． ５ ｍ ｍ： （ ２ ）温度变化幅度 大 ， 速 度快 ， 频率 高。 氧化皮 的脱落 主要是 由于 氧化皮 与金属基 体 的热膨 胀 系数 不一 样造 成 的 。ｓ Ａ一 ２ １ ３ Ｔ Ｐ ３ ４ ７ Ｈ钢 材的膨胀 系数在 （ １ — ２ ０ ） ｘ ｌ Ｏ 一 ６ ／ ℃， 而氧化铁的膨胀系数在 ９ ． １ ｘ ｌ Ｏ ＿ ６ ／ ℃。 南于 热膨胀 系数相 差一倍 ， 在温度 升高 时 ， 氧化 皮受拉 应力 ， 温度快 速降低 时 ， 氧化皮 受 压 应力 ， 所以温度剧烈或反 复变化时很易产 生 层发展 。 裂纹以至于脱落 。 相对于珠光体钢和马氏体 不锈钢虽然抗 氧化 能力较强 ， 但在高温 钢（ 热 膨胀 系数（ １ ２ — １ ４ ） ｘ ｌ Ｏ 一 ６ ， ℃） 热膨胀 系数 时， 温度 、 压 力剧烈波动条 件下 ， 由于氧化 膜 与氧化皮 比较 接近 ，脱落的几率相对 少 ， 这 的破裂 ， 氧化速度亦是很快的。 就是 为什 么 Ｔ Ｐ ３ ４ ７ Ｈ氧化 皮更 容易脱 落 的 多年研究表 明 ， 蒸 汽氧化与材质 的晶粒 原因。 度有 关 ， Ｓ Ａ 一 ２ １ ３ Ｔ Ｐ ３ ４ ７ Ｈ材质要求 晶粒度在 高 温 氧 化 遵 循 抛 物 线 规 则 ， 南 于 ７ 级 以上才能生成 Ｃ ｒ ２ ０ ３ 型氧化 膜 ， 但目 前 Ｔ Ｐ ３ ４ ７ Ｈ管 的氧化皮 的热膨胀 系数 与基体 材 管材 ｆ Ｐ ３ ０ ４ Ｈ、 Ｔ Ｐ ３ ４ ７ ｈ ３的 晶粒度 多在 ４ － ６ 料 的热膨胀系数有较 大的差异 ， 在锅炉 快速 级， 晶粒度等 级低 ， 无法生 成 Ｃ ｒ ２ ０ ３ 保护 氧 启停时 ， 氧化皮 容易脱落（ 几微米 就可脱落） ， 化 层 脱落后使基材暴露在 蒸汽 中， 而抛物线特 性
２ ． ４ 活性 炭管对 丁 酮的穿 透容 量 ｍ ３ 。 以１ ０ ０ ｍ ｌ／ ｍ ｉ ｎ 的 流速采 样 １ ５ ｍ ｉ ｎ ， 按 炭 的穿 透容 量大 于 １ ５ ｍ ｇ 。 取２ １ ８ 克 丁 酮 标 准 品通 过 温 度 控 制 本 方 法测 得 前 段 １ ０ ０ ｍ ｇ活性 炭 中 丁酮 浓 ２ ． ５ 丁酮 的溶 剂解 吸效率 （ 见表 ２ ） ４ ． ９ ａ ｒ ｇ ／ｍ Ｌ ，后 段 ５ ０ ｍ ｇ 活性 炭 中 丁 系统 、 滴液 系统 使 丁酮 均匀 分 布 于密 闭 的 度为 １ 于活性 炭 管 中 ， 加 人 一定 量 丁酮 标准 模 拟 厨房 中 ， 室 内丁酮浓度为 ｌ Ｏ ０ ０ ０ ｍ ￣ 酮浓 度 为 Ｏ ． ０ ９ ８ ｍ ｇ ／ｍ Ｌ ，则 １ ０ ０ ｍ ｇ 活 性 气 ， 立 即套 上 塑料 帽 ， 放 置过 夜后 ， 按 本方 表 １丁酮 的精 密度试 验 结果 法 条件 测定 丁酮含 量 。丁酮溶 剂解 吸效率 为８ ３ ． ４ ％～ ８ ７ ． ８ ％。 样 戤献 游黼 巷 隘瞻 内 ］ ｒ ｉ 瞄嚏 筝荸 埴 瞄 平 ｊ 啦 结 语 Ｃ 我们 应 用 活 性 炭 管 采 集模 拟厨 房 中 ・ － Ｌ （ － ， － ｜ Ｌ － － Ｌ 模 拟 油 烟丁 酮 ，二硫 化碳 溶 剂解 吸 后 ， 经 气相 色谱 氢火 焰 离 子化检 测 器测 定 ， 实验 最 燃 Ｃ ｂ ｔ ） ， ５ 诵 ０ ４ ｉ ３ ０ ４ ２ ９ ０ ４ １ ０ ０ ４ ∞ ０ ４ ３ ３ ０ ４ ２ ２ ０ ４ ｉ ｌ ０ ４ ｌ ｑ ２ ５ ０ 证 明 活 性 炭 管 对 丁 酮 的 吸 附 效 果 良好 ， ｌ Ｏ Ｏ ｍ ｇ活 性 炭 对 丁 酮 的 穿 透 容 量 大 于 篙 ； 嫒（ 艟） ， ５ ５ Ｏ ０ ４ １ ３ ０ ０ ４ １ ０ ０ ０ ４ ２ ４ ０ ０ ４ ２ ５ ０ ０ ４ １ ２ ０ ０ ４ １ ５ Ｏ ０ ４ ０ ６ ０ ０ ４ １ ５ １ ８ ５ １ ５ ｍ ｇ ， 样 品在 碳 管 中稳 定 ； 当丁 酮 的 浓 度 为 （ ４ ～ ５ ０ ０ ０ ） ｍ ｇ ／ ｍ ３时 呈 线 性 关 系 ，Ｙ ＝ 瞬 Ｈ 醴（ ） ． ２ ＿ 『 ｓ ０ ２ ０ ６ ０ ２ ０ ８ ０ １ ９ ５ ０ ２ ０ ０ ０ ２ ． ０ ９ Ｏ ２ ０ ５ ０ ２ ０ ９ ０ ２ ０ ４ ２ ８ ０ ０ ． ０ ０ ６ ｘ 一 １ ３ ． ４ １ ３ ， ｒ ２ ＝ ０ ． ９ ９ ９ ８ ；方 法 的 重 现 性 好， 不同浓 度 的变异 系数 为 １ ． ８ ５ ％～ ２ ． ８ ０ ％； 表 ２ 丁 酮溶 剂解吸 效 率试验 平 均解 吸效率 为 ８ ３ ． ４ ％～ ８ ７ ． ８ ％；方法 的最 加撇 窝赡暧 － ｍ Ｌ 姗 １ ｌ 低 检 出 限为 ４ ｍ ｇ ／ ｍ ３ 。适 合 于 吸 油烟 机 气 ． ｒ ２－ Ｌ － － Ｌ 嚷率 ■ 味 降低度 模拟 油烟 ” 丁酮” ＃ 瘦 的检测 。
２ ０１ ３
０． Ｏ ２
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｎ ｅ ｗ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ
工 业 技 术
工业锅 炉高温受热 面氧化 皮堵管 的成 因及应策
江 志铭 （ 广 东省特 种设 备 检 测 院 顺 德 分 院 ， 广东顺 德 ５ ２ ８ ３ ０ ０ ）
关键 词 ： 工业 锅 炉 ； 高温氧化 皮 ； 堵管； 脱落； 堆积； 成 因； 应 对 策略 中图分类 号 ： Ｔ Ｍ６ ２ 文 献标 识码 ： Ａ
随着锅炉 高温过 热器 和高温再 热器 出 口温度的提升 ， 原高温受热 面采 用的低合金 耐热钢材 料 已不再能 满足锅 炉超 高温运行 工况要 求 。冈此 ， 高合金 奥式体 材料在超 临 界和超超临界锅 炉上 开始广泛应用 。然而 ， 高温下 奥式体 钢管 内壁不 可避免 的被水蒸 气氧化 ， 锅 炉长时间运行 氧化膜生长形成一 定厚度的氧化皮 ， 因氧化皮 和钢管基材存在 较 大的膨胀系数差 ， 在停炉 冷却 过程 中氧化 皮受应力作用脱 落 、堆积堵塞受热 面管 ， 如 检查清理不彻底 ， 就会造 成锅炉再次启 动后 超温爆管 。为 了防范爆 管情况的发 生 ， 就必 须减少和避免氧化皮脱 落及堆积 。 １金属蒸汽氧化腐蚀机理 高温蒸 汽管道 内壁生 成氧化 膜是 自然 过程 ， 开始 氧化膜形 成 的很 快 ， 一 旦膜形 成 后氧化速度减慢 。但 随着运行时 间加长 ， 在 高温高压剧烈波 动条件下 ， 南于基材 和氧化 皮热膨胀 系数 的不 同 ， 金属表面 的氧化膜会 产生裂纹 ， 裂纹的存 在使 得基体金属 直接暴 露 于氧化环 境 中 ， 加速 了氧化进程 ， 氧化 层