600MW锅炉氧化皮脱落原因分析及防治措施

600MW锅炉氧化皮脱落原因分析及防治措施
发表时间：2018-08-17T15:05:00.547Z 来源：《电力设备》2018年第15期作者：唐基林
[导读] 摘要：锅炉是一种能量转换设备，在很多领域均有较多应用。

（湖北华电襄阳发电有限公司湖北襄阳 441021）
摘要：锅炉是一种能量转换设备，在很多领域均有较多应用。

但是锅炉氧化皮的脱落可能造成过热器短期超温爆管、堵管等问题，对设备运行稳定性、安全性等产生影响。

本文对火力发电厂600MW锅炉氧化皮脱落原因方面的内容进行具体分析，对脱离危害方面的内容进行研究，最后以襄阳电厂为例对防治措施方面的内容进行阐述，希望为锅炉氧化皮脱落问题的防治工作提供一定启发和参考。

关键词：600MW锅炉；氧化皮脱落原因；防治措施
引言
随着国产600MW等级超临界、超超临界机组相继投产发电，国内许多电厂均出现了锅炉高温过热器、高温再热器氧化皮脱落导致爆管停炉事故，湖北某电厂同一台锅炉在一个月时间内就因炉管氧化皮脱落造成多次爆管停炉，给该电厂的安全、可靠、经济运行蒙上了一层阴影。

其实，超临界锅炉高温受热面氧化皮的生成、脱落是一个必然的过程，是一个从量变到质变的过程，如果认识不够，没有超前防范措施，将会对设备造成严重后果，如锅炉传热恶化、汽轮机通流部分效率下降、锅炉高温受热面超温爆管、汽轮机固体颗粒物浸蚀、主汽门卡涩、叶片损坏等。

下面对锅炉氧化皮脱落原因、防治措施方面的内容进行具体分析
1、氧化皮脱落的危害
氧化皮的脱落会使杂质进入管子底部位置，如果沉积量过多，便会对管道通畅性产生一定影响，从而会使受热面出现超温爆管的问题。

例如，某电厂发生一起超温爆管事故，设备停运冷却之后开始内部检查工作，察觉到高温过热装置因进口管迅速升温的因素出现多个爆口，而吹损方面的原因同样导致高温过热装置出现几处爆口，且高温再热装置同样出现几处爆口[1]。

检修人员对其进行抢修处理，从其中取出较多的氧化皮，弯头位置取出的最大值近 400 克，通过研究分析，发现大规模爆管问题的原因便是氧化皮的脱落，对管道造成了堵塞，进而引发锅炉超温爆管，因未能在第一时间对其进行停炉，锅炉蒸汽压力较高，进而让爆管炉内出现扭曲及不定向位移等问题。

2、锅炉氧化皮脱落原因分析
2.1氧化皮形成原因
超临界直流锅炉运行温度高达560～570℃，这一温度正好处在水蒸汽的强氧化区间内（500～700℃），在这个区间内水蒸汽对金属受热面的氧化能力比空气高达十几倍，因此很自然地在金属内壁生成氧化皮。

锅炉实际运行情况下，高温过热器、高温再热器管内水蒸汽流量大，流速高水与金属反应产生的氢气被水蒸汽带走，因此PH2/PH2O远远低于平衡值，导致金属持续被氧化。

在高温过热器、高温再热器管内流过高温蒸汽时，水蒸汽与金属元素铁发生化学反应，最初生成Fe3O4氧化膜，这层氧化膜是致密的和富有韧性的，一旦生成氧化速度就会减缓，对金属母材起着保护作用[2]。

2.2氧化皮脱落机理
氧化皮脱落必须具备两个条件：氧化膜达到一定厚度（因管材、温度变化速度而异，对于不锈钢为0.05～0.1mm，铬钼钢为0.2～
0.5mm）；母材基体与氧化膜之间的应力达到临界值（因管材、温度变化速度、氧化膜特性而异）。

这两个条件相互之间还存在一定影响，氧化皮剥落的允许应力随着氧化皮厚度的增加而减小。

奥氏体不锈钢的内壁氧化膜在双层界面处脱落是自然发生的，剥落的临界厚度因锅炉管材、管子规格、运行工况和温度变化幅度而不同，一般在0.05～0.1mm左右，通常容易剥落的是磁性Fe3O4和少量的а-Fe2O3。

高温过热器、高温再热器钢材的热膨胀系数存在差异，在氧化层达一定厚度后，尤其是在金属温度反复波动和变化，使金属应力交替变化，氧化皮很容易从金属本体剥离。

3、600MW锅炉氧化皮脱落的防治措施
3.1提高锅炉制造质量
采用晶粒度等级高的钢材。

国内超临界直流锅炉高温受热面（屏式过热器、高温过热器、高温再热器）材质一般采用耐高温的奥氏体不锈钢，如T91、T23、TP304H、TP347H等，这些钢材逐渐被国产化，但国产钢材质量与进口钢材质量还存在很大差异。

从有关资料分析得知，国产钢材晶粒度等级低于进口钢材，造成氧化皮生成量差别大，在高温下更容易出现氧化皮脱落[3]。

湖南某电厂采用国产的TP347H 钢材，锅炉运行不到半年就多次发生因高温过热器和高温再热器氧化皮脱落造成爆管停炉事故。

另外，尽可能采用抗氧化、耐腐蚀性能更好的钢材。

锅炉制造厂应对新材料、新工艺进行积极研究，在做好引进技术的同时还应借鉴国外的先进经验，从电站锅炉设计上进行改进，在制造工艺上进行改良。

3.2加强锅炉安装前检查和检修维护工作
做好安装前检查，严把安装工艺关。

过热器、再热器在安装过程中总会存在安装偏差，如管束之间间距、节流孔径不一致，运行中则不可避免地出现受热面的热偏差。

锅炉在安装前检查不认真，成品保护不良，锅炉U型管内进入杂物，锅炉吹管不彻底将会造成锅炉管之间流量不均，管壁超温，氧化皮生成量突增。

锅炉疏水点安装不规范、安装过程中造成疏水管堵塞，运行中出现管壁超温。

这些问题的存在，就会导致运行中锅炉管内氧化皮生成厚度、
致密度不一致，最终导致脱落、聚积、超温、爆管。

定期割管检查，分管编号，做好高温管档案记载。

利用每次停炉机会，查看高温受热面变形、弯曲情况，并对高温段割管检查、取样化验，对氧化皮厚度进行测量，进行垢量分析，分管编号，做好高温管档案记载。

3.3加强锅炉运行管理
要重视超临界直流锅炉氧化皮脱落潜伏的危害性，电厂应成立攻关小组，经常性开展锅炉氧化皮脱落原因分析，提出控制策略，指导生产实践。

华电湖北襄阳电厂因600MW锅炉投产初期氧化皮脱落，造成锅炉频繁超温、爆管，电厂管理层高度重视，组织专家会诊和治理，总结出大量运行管理经验，并制定防范措施，取得良好效果。

例如，锅炉启动和运行中，要加强锅炉汽水品质的监督，尽可能提高控制标准。

锅炉启动前上水时必须用合格的除盐水，水温控制在70～90℃，炉水水质合格方可点火。

必须严格执行冷、热态清洗流程，防止不合格的蒸汽进入汽轮机。

在锅炉点火阶段，采用油枪配合等离子的方式助燃，投油枪点火1小时后再启动第一台制粉系统，防止点火初期锅炉壁温突升。

在锅炉点火至并网阶段严格控制升温率小于1.5℃/min，启动过程中特别注意减温水调整，尽量使用一级减温水，机组负荷在150MW以下时，禁止使用二级减温水。

锅炉启动运行第一周，锅炉过、再热汽温降温运行，分阶段控制汽温，逐步将过、再热汽温提升
至额定值。

锅炉正常运行中，严格控制过、再热汽温不超限，过、再热器壁温严禁超过595℃，过再热汽温变化速率小于3℃/min。

锅炉停炉时尽量采用滑参数停机，停炉过程控制汽温下降速率小于1℃/min，尽量避免采用减温水。

锅炉熄火通风10分钟后应立即停止送、引风机运行，并关闭各风烟挡板，保持24小时内必须闷炉，停炉24小时后方可进行自然通风冷却，停炉48小时后方可进行强制通风冷却。

通过上述在锅炉启动、运行、停炉三个阶段严格控制，并加强设备维护管理，襄阳电厂锅炉氧化皮脱落得到了有效防治，2017年未发生因氧化皮脱落造成的爆管停炉事故，锅炉爆管泄漏的频率大幅降低。

结束语
随着科学技术的发展和锅炉温度参数的逐渐提升，氧化皮脱落出现的几率逐渐增加，锅炉爆管停运事故发生频率上升，严重威胁电厂锅炉安全。

为了对上述问题进行有效处理，相关人员需要对氧化皮脱落原因进行深入分析，进而采取有针对性的防治措施，降低氧化皮堵管等问题的发生几率，为设备可靠性、安全性的提升奠定坚实基础。

参考文献：
[1]王文斌.锅炉氧化皮脱落原因及防治措施的相关探讨[J].中国高新区，2017（19）：127-128.
[2]蔡小纬.超临界直流锅炉氧化皮脱落原因及预防策略探讨[J].中国高新技术企业，2016（32）：58-59.
[3]聂贞，卢凯.600MW超临界锅炉氧化皮脱落导致超温爆管的分析[J].河南机电高等专科学校学报，2016，24（03）：17-19.。