锅炉受热面氧化皮产生原因及预防措施

胡昌雄 陈晟

【摘　要】随着锅炉运行时间的增加，锅炉受热面的氧化皮容易剥落，堵塞管道，导致管道超温爆管。因此，本文着重分析了氧化皮产生和剥落的原因，并制定了防止氧化皮剥落的措施。结果表明，受热面氧化皮厚度基本稳定，无氧化皮剥落引起的爆炸事故。

【关键词】锅炉；氧化皮；剥落；原因；爆管；预防

0.引言

随着锅炉使用时间的增加，氧化皮往往容易产生氧化皮，由于氧化皮与钢管基材膨胀系数差异较大，在停炉冷却过程中，氧化皮因受力脱落，堆积堵塞受热面管，如检查清洗不彻底，会导致锅炉在超温爆管后重新启动。为了防止爆管事故的发生，必须减少和避免氧化物剥落和积累。虽然对氧化皮问题采取了不同的处理方法，但对氧化皮产生的原因、规律及预防措施尚无系统的研究。因此，本文对这些问题进行了探讨。

本厂三期工程为 2×600MW 机组，配套的锅炉型号为 DG1900/25.4－Ⅱ2，本600MW超临界锅炉由东方锅炉（集团）股份有限公司与东方-日立锅炉有限公司合作设计、联合制造。本锅炉是超临界参数变压直流本生型锅炉，一次再热、前后墙对冲燃烧单炉膛、尾部双烟道结构、采用烟气挡板调节再热汽温、 平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。锅炉给水自给水管路出来的水由炉前右侧进入位于尾部竖井后烟道下部的省煤器入口集箱，水流经省煤器受热面吸热后，由省煤器出口集箱右端引出经下水连接管进入螺旋水冷壁入口集箱，经螺旋水冷壁管、螺旋水冷壁出口集箱、混合集箱、垂直水冷壁入口集箱、垂直水冷壁管、垂直水冷壁出口集箱后进入水冷壁出口混合集箱汇集后，经引入管引入汽水分离器进行汽水分离，循环运行时从分离器分离出来的水进入储水罐后排往冷凝器，蒸汽则依次经顶棚管、后竖井/水平烟道包墙、低温过热器、屏式过热器和高温过热器。进入直流运行时全部工质均通过汽水分离器进入顶棚管，汽机高压缸排汽进入位于后竖井前烟道的低温再热器和水平烟道内的高温再热器后，从再热器出口集箱引出至汽机中压缸。

锅炉的主要参数：

名 称	单位	B-MCR	T-MCR	BRL
过热蒸汽流量	t/h	1900	1805.5	1805.5
过热器出口蒸汽压力	Mpa	25.4	25.28	25.28
过热器出口蒸汽温度	℃	571	571	571
再热蒸汽流量	t/h	1610.5	1534.2	1526.6
再热器进口蒸汽压力	Mpa	4.62	4.37	4.37
再热器出口蒸汽压力	Mpa	4.43	4.19	4.19
再热器进口蒸汽温度	℃	321	315	315

1.氧化皮形成和脱落原因分析

氧化皮是钢铁在高温下发生氧化作用而形成的腐蚀产物，由氧化亚铁、四氧化三铁、三氧化二铁组成。从内向外为:氧化亚铁、四氧化三铁、三氧化二铁。其中氧化亚铁结构疏松，保护作用较弱，而四氧化三铁、三氧化二铁结构致密，有较好的保护性。氧化皮质脆，没有延伸性，在机械作用下和热加工作用下，很容易产生龟裂而脱离。氧化铁和氧化亚铁在水作用下生成氢氧化铁，使得氧化皮膨胀而龟裂，甚至脱落。 在原有的氧化皮上，总是存在着深达基体的裂纹，当电解质涌进裂纹后，铁和氧化皮构成原电池。氧化皮是阴极，铁作为阳极而加速腐蚀，因此氧化皮的面积越大，钢铁基体的腐蚀速度越快，腐蚀越严重。

运行中，受热面钢材内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Fe3O4 ) ，因而可以保护钢材以免其进一步氧化。当超过570 ℃时，氧化膜由Fe2O3 、Fe3O4 、FeO共3层组成( FeO 在最内层) ，主要是由FeO 组成，因FeO致密性差，破坏了整个氧化膜的稳定性。

氧化膜剥落的两个必须同时具备的基础条件如下：1、厚度值是否达到临界值（随管材、温降幅度和速度等的不同而不同）；2、母材基体与氧化膜或氧化膜之间的应力（恒温生长应力或温降引起的热应力）是否达到临界值（与管材、氧化膜的特性、温降幅度和速度等有关）。这两个条件相互之间存在一定的影响，氧化层剥落的容许应力随氧化层厚度的增加而减小。

2.氧化皮剥落的危害

氧化皮堵塞管道，由于通流面积变小，蒸汽流量变小引起相应的受热面管璧金属超温，最终导致机组强迫停机。

锅炉过热器﹑再热器﹑主蒸汽管道及再热蒸汽管道内剥落下来的氧化皮，是坚硬的固体颗粒，严重损伤汽轮机通流部分高/中压级的喷嘴﹑动叶片及主汽阀﹑旁路阀等，导致汽轮机通流部分效率降低，损伤严重时甚至必须更换叶片。检修周期缩短，维护费用上升。为了减缓氧化皮剥落，采用降参数运行，牺牲了机组的效率。上述各种情况导致机组运行的安全性﹑可靠性及经济性均大幅度降低。

3.氧化皮生成预防

3.1　氧化皮预防措施

3.1.1　启动阶段

启动阶段应注意：

在机组启动过程中，全程监视各壁温测点的变化，随时做出曲线进行比较，当相邻屏间管壁或同屏各管壁温差达20℃，则适当降低热负荷以降低管子壁温

机组启动时，蒸汽升温、升压应同步进行。锅炉升压率控制在0.03-0.05Mpa/min（冷态），升压过程中，应通过煤量及汽轮机旁路共同调整，防止大幅度调整煤量或者旁路开度。

启动阶段严格控制减温水的投入。尽量通过燃烧控制启动温度和压力，不投入减温水；确实需要投入减温水时要控制减温水分级小量投入，保障减温器前、后温差在30k以下，防止温度剧减造成氧化皮脱落。

3.1.2　正常运行阶段

正常运行时应注意：

（1）保持屏式过热器、高温过热器和高温再热器沿程汽温恒定，避免汽温大幅波动使氧化皮脱落。

（2）锅炉运行中应加强汽温和受热面管壁温度监视和控制，严禁超限运行；如各级受热面汽温及壁温超限，应首先通过燃烧调整进行控制，其次采取降低汽温，最后采取降低降低机组负荷。炉膛出口两侧烟温偏差控制在50℃以内。

（3）运行中加强壁温监视。

（4）主汽温尽量通过煤水比调整，控制减温水量恒定，分级小量投入，保障减温器前、后温差在50k以下，防止温度剧减造成氧化皮脱落。

（5）再热汽温采用烟气再循环和火焰中心控制，尽量避免投入减温水或减温水量大幅波动。

（6）加强受热面的热偏差监视和调整，进行超温及氧化皮变化情况实时统计、记录，有效进行锅炉寿命管理，实现“状态检修”。

（7）采用锅炉给水加氧控制技术，促使锅炉受热面氧化皮沉积速率显著降低。

3.1.3　停炉阶段

停炉时应注意：

减负荷速率—般应控制在每分钟1.5%BMCR以内, 主、再热汽温下降速率应控制在1～1.5℃/min左右，注意主、再热汽温及锅炉金属壁温的监视和调整，避免降负荷速率过快引起汽温突变导致氧化皮集中脱落。

停炉过程中主要是以降低燃料为主要手段，减温水的使用要适当。机组停运过程中，专人调整汽温，并将相应汽温、壁温作成曲线作为参考；调节减温水时，应注意监视减温器出口温度和各段受热面的汽温变化，保持减温器出口温度有10℃以上的过热度，控制减温水的使用，防止大幅度开关。停炉后，定期监测锅炉管内壁氧化层厚度。

4.结语

本文通过对氧化皮产生和剥落原因的分析，采取一系列预防措施后，发热面氧化皮厚度基本稳定，增加幅度小，无过氧化皮剥落引起爆管事故。充分说明上述预防措施是可行和有效的，为减少和避免氧化皮的出现和剥落引起管子堵塞和爆炸提供了很好的参考。

参考文献：

[1]金万里；郭连丰.超临界锅炉受热面管内壁氧化皮堵管防治措施[j].电力建设，2009年10期.

[2]狄晓东.锅炉受热面高温氧化皮问题分析[j].锅炉制造，2012年第02期.