氧化皮的形成机理
防止氧化皮生成和脱落的运行调整措施
防止氧化皮生成和脱落的运行调整措施一、氧化皮形成及脱落原因锅炉运行中，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，在570℃以下，生成的氧化膜有Fe2O3和Fe3O4组成，Fe2O3和Fe3O4都比较致密，尤其是Fe3O4。
因而可以保护钢材的进一步氧化。
当超过570℃时，氧化膜有Fe2O3、Fe3O4、FeO共三层组成，FeO在最内层，因FeO致密性差，破坏了整个氧化膜的稳定性。
氧化膜剥落必须同时具备两个条件：一是厚度值达到临界值，该临界值随管材、温降幅度和速度的不同而不同，二是母材基体与氧化皮或氧化膜之间的应力达到临界值，该临界值与管材、氧化膜的特性、温降幅度和速度有关。
养护皮剥落的容许应力随氧化皮厚度增加而减小。
二、氧化皮剥落的危害1.氧化皮堵塞管道，通流面积变小，蒸汽流量减少，受热面关闭冷却能力差，管壁超温，最终导致超温爆管，机组故障停运。
2.锅炉受热面剥落的氧化皮固体颗粒流通到汽机侧，会严重损伤汽轮机通流部分的喷嘴、叶片主汽门、调节门等，导致汽轮机通流部分效率降低，甚至严重损伤叶片。
3.机炉设备检修维护周期缩短，维护检修费用上升。
三、控制氧化皮生成和剥落的措施1.机组启动、运行、停运过程中，严格控制汽温变化速率不超过1.5℃/min，启动过程中，分离器温度100℃以后，控制汽温升温速率不大于2℃/min。
2.机组启动、运行、停运过程中，全程监控各受热面壁温及其变化速率，监控各受热面相邻关闭壁温差不超过20℃，，并及时汇报部门专工。
3.机组启动过程中，采用等离子点火方式时，严格控制煤量变化，煤量变化必须根据升温速率进行。
进行一次风量调整时，应缓慢进行，防止一次风量的大幅度变化引起锅炉实际燃料量的大幅变化，引发锅炉受热面超温。
4.锅炉点火初期，在最小煤量下运行时，为控制锅炉升温速度，可以调节上层二次风和燃尽风层风门的开度，从而调节火焰中心的变化，控制锅炉升温升压速率。
5.锅炉启动过程中，特别注意启动第二台磨煤机时，需保持锅炉总煤量的平稳变化。
氧化皮怎么形成的
氧化皮怎么形成的对于氧化皮，很多人都不太清楚，其实氧化皮是钢铁在高温下发生氧化作用而形成的腐蚀产物。
下面由店铺为你详细介绍氧化皮的相关知识。
形成氧化皮的原因在自然环境下形成的氧化皮是由于与空气中的物质发生了化学反应，主要是与空气中的氧气或水。
根据情况的不同氧化皮的出现也可能造成有利或有害影响。
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。
氧化皮的特性氧化皮质脆，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。
氧化皮的去除方法11、三酸(硫酸+硝酸+盐酸)酸洗：三酸酸洗是将三种酸按一定的比例配制而成，是去除不锈钢氧化皮比较有效的一种酸洗方法。
三酸酸洗方法可以顺利去除不锈钢氧化皮，但缺点是由于酸洗过程中有二氧化氮大量析出，恶化劳动条件，污染了环境。
另外酸洗过程易产生过酸洗现象，所以不提倡广泛应用这种方法去除供应氧化皮。
2、硝酸+氢氟酸酸洗：该方法是不锈钢酸洗的较好方法之一。
常用配比如下：氢氟酸(HF)4%—6%、硝酸(HNO)8%—12%使用温度50—600C酸洗时间要依钢料表面上氧化皮情况而定：一般为20—40分钟。
操作过程一定要勤翻勤看，防止过酸洗现象。
优点是：这种酸洗法酸洗速度快、易操作、质量也好，但缺点是：氢氟酸毒性大，需要良好通风条件及废水处理条件。
3、碱煮——酸洗复合法，主要是为了克服三酸酰法的弱点。
这种复合方法不仅可改善酸洗质量，而且金属消耗也较少。
碱煮可以松动氧化皮，然后再用酸洗法去除氧化皮。
碱煮液的成分一般采用氢氧化钠(NaOH)和硝酸钠(NaNO?)的混合液。
热轧氧化皮生成机理
氧化铁皮生成机理在钢铁热轧中，氧化皮（也称鳞皮）是无法避免的中间生成物，也是现在随着对热轧产品品质要求的提升而必须要清除的对象。
虽然国内现在也有很多单位在做高压水除鳞设备，但大多还是停留在比划的阶段，看到国外在相应的热轧产品上使用哪个参数的除鳞设备，也能仿着使用相应参数的除鳞设备，但是这其中的机理，即为什么要使用这些参数的除鳞设备，却有些不太明了。
北京欧立华科技发展有限公司，作为德国施乐普除鳞阀和德国SGGT公司在中国的代表机构，在热轧除鳞行业浸淫多年，在吸收学习参考国外对鳞皮认识的基础上，结合自己的认识，总结出了一定的热轧鳞皮（氧化皮）生长机理理论，和同行共勉！For personal use only in study and research; not for commercial use1.氧化铁皮的成分分析钢在高温下，表面与空气中的氧接触发生反应，生成氧化物。
形成的氧化物主要有三种类型：氧化亚铁（FeO）、氧化铁(Fe2O3)和四氧化三铁(Fe3O4)。
1)氧化亚铁（FeO）最接近铁的那一层，温度低于570℃时，氧化亚铁（FeO）处于不稳定状态，随着钢坯表面温度的增加氧化亚铁（FeO）的含量增加，温度高于700℃，氧化亚铁（FeO）在氧化铁皮中的含量达到95%。
2)四氧化三铁(Fe3O4)是氧化铁皮的中间层，温度低于500℃时，氧化铁皮只是由四氧化三铁(Fe3O4)单一相组成，温度高于700℃，四氧化三铁(Fe3O4)中开始形成氧化亚铁（FeO），且在很高的温度下，四氧化三铁(Fe3O4)只占氧化铁皮的4%。
四氧化三铁(Fe3O4)是一种更硬、更耐磨的的相。
3)氧化铁(Fe2O3)处于氧化铁皮的最外层，通常在高温下存在，一般只占氧化铁皮厚度的1%2.影响氧化铁皮生成的因素1)炉内气体：CO2、H2O、O2（氧化气体），CO、H2（还原气体）；2)气体流动速度：气体流动速度增加，钢的氧化速度增加，直至临界值；另炉气中的二氧化硫通过反应能促进氧化铁皮的生成，硫化物会增加氧化铁皮与金属间的接触黏度，增加氧化铁皮的清除难度；3)钢中的合金元素：碳、硅、镍、铜促进氧化铁皮的生成，锰、铝、铬能够缓解氧化铁皮的生成；4)板坯在炉内的加热时间和加热温度：加热时间加长、加热温度提高都会增加氧化铁皮的厚度。
直流锅炉氧化皮产生机理和控制措
• 剥落的氧化皮若带入汽机，会损伤叶片、喷嘴 和调门，固体颗粒侵蚀；
• 氧化皮导致主汽门卡涩，造成机组停运，主汽 门关不上，影响机组安全；
• 启动阶段，汽机疏水开启，随蒸汽流动在疏水 管线上，堵塞疏水阀门或细小管线上；
• 造成汽水污染，影响汽水品质
•3
氧化皮的结构
氧化皮基本是双层结构，内外层厚度相当，外层 主要是疏松结构的Fe3O4，内层为致密结构的 (FeCr)3O4，其中Cr含量随金属不同而不同。
奥氏体钢，只脱落外层氧化皮，内层不易脱落。 铁素体钢，内外两层都易脱落，管壁内部运行一
段时间容易形成新的氧化皮，造成反复的形成 和反复的脱落。
•14
减缓氧化皮生长的措施：
• 严禁锅炉超温超负荷运行； • 控制热偏差，坚持受热面热偏差监视，改善温
度场分布及受热面吸热均匀性；减少汽温偏差， 防止局部超温； • 燃烧调整作为调温手段，减少或避免使用减温 水大开大关来调温； • 加强炉膛吹灰，定期清洁炉膛，改善受热面传 热。
•15
• 对策思路：
•12
目前氧化皮生成无法避免
采用高Cr钢材，或细晶奥氏体钢材，或表面镀铬， 喷丸处理等，提高抗氧化性能
•13
防止氧化皮大面积剥落的措施：
• 启动过程，加强冷、热态清洗； • 启停以及升降负荷时，控制升温升压或者降温
降压的速率，尽量少用减温水； • 转干态后，大流量冲洗； • 减少启停次数，尤其短时间内； • 必要时，降温运行； • 跳机、停炉后，减缓锅炉降温速度。
一、蒸汽侧高温氧化现象
因高温水蒸汽中的结合氧与受热面金属发生的氧
化反应，就称之为蒸汽侧高温氧化。 2H2O 2H2+O2 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2
锅炉氧化皮学习
02
金属发生的氧化反应，就称之为蒸汽侧高温氧化。
2H2O→2H2+O2
3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2
一、几个重要知识点
铁和钢的区别在哪里？
钢和铁之间的区别在于碳含量不同。
铁可以通过精炼转化为钢。1，钢是铁合金的总称，碳质量百分
03
比在0.02％和2.04％之间。 钢的化学成分可以有很大差异。
P91钢相当于国标10Cr9Mo1VNbN，不仅具有高的抗氧化性能 和抗高温蒸汽腐蚀性能，而且还具有良好的冲击韧性和高而稳 定的持久塑ห้องสมุดไป่ตู้及热强性能。在使用温度低于620时，其许用应力 高于奥氏体不锈钢。在550以上，推荐的设计许用应力约为T9和 2.25Cr-1Mo钢的两倍。P91钢是为了填补珠光体耐热钢和奥氏体 耐热钢之间600～650 温度区域使用的新汽水管道用钢，属于马 氏体耐热钢, 其最高使用温度为650 ，实际上在原9Cr-1Mo钢基 础上加进V，Nb，N等强化元素，形成一种变质新钢种。
锅炉氧化皮生成机理及
控制措施
发电部
今年6月份#1锅炉发生过两次锅炉爆管停炉事件。 锅炉爆管检修工期长，危害大，严重影响机组的经济性 与安全性。究其原因，这两次锅炉爆管均由锅炉氧化皮 脱落堵塞正常管道通流导致局部超温爆管。那么锅炉氧 化皮究竟是什么？怎么生成？如何防治？针对这几个问 题与大家共同学习。
二、锅炉氧化皮的生成机理——如何生成
1、锅炉氧化 皮如何生成？
试验模拟： 在初始阶段，由于钢中铬含量高而使金属表面形成一层
薄的 Cr2O3层，然后薄层发展成一个典型的双层结构，最后 在金属环境界面上形成稳定的氧化皮保护层．此外，其外层 氧化皮生长较简单，表现为氧化铁层的增厚，然而内层的氧 化皮的生长是通过氧气向内扩散，这个过程较为复杂．在开 始时，蒸汽侧的氧化主要是内层氧化直至晶界面．沿晶界面 生长的 Fe-Cr尖晶石层因驱动力低而优先生长，在Cr含量较 少的区域，Fe-Cr尖晶石因Cr23C6的析出而使得驱动力减少， 在运行14186h后，氧化皮的外层被确定为 95% 磁铁矿和5% 赤铁矿，直至运行18266h后，赤铁矿的增长高达30%．研究 还发现，T91合金形成的氧化皮通常是双层的，外层为磁铁 矿，内层为 Cr2O3，铁/铬尖晶石，如图4所示．
电厂锅炉氧化皮的生产机理及在生产过程中的控制手段
电厂锅炉氧化皮的生产机理及在生产过程中的控制手段【摘要】本文分析了电厂锅炉氧化皮的产生原理，并分析了氧化皮对于电厂锅炉运行的危害，针对性的提出了改善措施，旨在减少氧化皮的生成以及剥落，避免爆管等现象发生，并为今后电厂相关工作提供参考建议。
【关键词】电厂锅炉；氧化皮；生产过程；控制措施随着社会经济的不断发展，市场对于电厂锅炉的生产提出了更高的要求，使得锅炉机组运行时的温度和压力都有了大幅度的上涨，这为电厂锅炉的生产埋下了安全隐患，尤其是氧化皮的问题已经逐渐引起了人们的重视，本文正是由此开展探讨，客观分析氧化皮生成以及剥落的原理，并提出了酸洗等有效措施，主要研究如下。
1 电厂锅炉氧化皮生产机理1.1 氧化皮的生成机理当锅炉钢表面金属处于高温水汽的环境当中，就容易因为氧化导致氧化皮的产生。
温度应该控制在570°C以下较为适宜，因为此阶段的氧化膜主要包含Fe3O4以及Fe2O3两种物质，并且两者的致密度较好，所以表面金属不易出现氧化。
但是当温度超过570°C临界点后，氧化膜的组成物质就会发生改变，在原先基础上会多出FeO，FeO占有较大比例并且处于最内层，但是FeO本身的致密性较低，因此难以保证整个氧化膜的作用得以发挥。
其实当温度超过450°C 后，Fe3O4的致密度会受到破环，保护膜的整体能力下降，难以抑制铁与水蒸气之间的化学反应，加快了氧化进程；当汽水温度突破570°C后，将生成更多的FeO，且反应速度不断加快，最终使得表面金属生成氧化皮。
氧化皮受到众多因素的影响，除了最主要的汽水温度外，还包括蒸汽压强、蒸汽流速、时间、氧含量、以及钢材和氧化皮的成分。
当汽水温度越高并且持续较长时间，氧的压强越高并且流速越快就越容易在短时间内生成氧化皮，对此可以将AL、Si以及Cr元素加入到刚才中，保证氧化膜的致密度以及稳定性，最终提高金属整体的抗氧化能力。
当水汽温度超过450°C，此时指的铁和氧的相互反应并不是水汽当中的铁和溶解氧，所指的是水汽自身携带的氧分子影响金属表面之后，金属被氧化表面的铁。
焊接氧化皮生成原因分析
二、氧化皮形成机理分析
• 焊接氧化皮为金属高温氧化产物； • 金属高温氧化实质是固-气反应的一种，指在高温下金属与氧气反应生
产金属氧化物的过程，包括金属氧化的热力学和动力学。
xM(s) + y/2 O2(g) = MxOy(s)
M-金属、合金； O2-氧气或含氧气体如空气； s-固体； g-气体。
28.84 1.04 70.12 100.00
二、氧化过程影响因素
• 材料 化学成分（成分均匀性、合金元素、杂质等） 相组成 组织结构（晶体结构、加工状态、晶粒尺寸等） 物理特性（导热性、热膨胀系数、扩散系数等） 表面状态（酸洗、钝化、表面粗糙度、涂层）
• 介质 气体化学成分（氧气、混合气比例） 氧化性气体分压
人工/机械成本
操作灵活； 打磨效果受人工影响； 机械打磨涉及复杂技术
酸洗
完全清除 酸洗产线及运维成本
环保法律法规要求
中性清洗
基本完全 清除
清洗产线及运维成本
喷砂/喷 丸
完全清除 成本较高
批量生产验证
环保要求； 薄板变形和尺寸变化； 焊缝疲劳性能改善
三、焊接模拟仿真及工艺试验
不同工艺参数--电流、速度
设计优化改善散热；
加强冷却（铜板、水冷 夹具、气冷）；
模拟仿真与焊接试验相结合
存在熔深不达标风险； 焊接工艺参数试验； 焊枪角度试验； 间隙调整；
结构设计优化试验（接头 形式、余边高度、板厚）； 夹具冷却试验（水冷Cu 板）；
二、氧化皮清理工艺方法验证
清理工艺
预计效果
经济性
特点及影响
机械打磨
绝大部分 清除
可行性及试验计 划
氧化皮的形成原理
氧化皮的形成原理The formation of oxide scale, commonly known as rust, occurs on metal surfaces when they react with oxygen in the air.氧化皮的形成，通常被称为锈，是在金属表面与空气中的氧发生反应时发生的。
This process occurs over time as the metal is exposed to the elements, and can be accelerated by exposure to water or other corrosive substances.这个过程随着金属暴露在外部环境中逐渐发生，而且还可能会因为暴露在水或其他腐蚀性物质中而加速。
The reaction between the metal and oxygen results in the formation of metal oxides, which are the characteristic rust color seen on many metal surfaces.金属和氧气之间的反应导致了金属氧化物的形成，这就是我们在许多金属表面上看到的特征性的锈色。
Oxide scale can be detrimental to the structural integrity of the metal, as it weakens the material and can eventually lead to corrosion that compromises the integrity of the metal.氧化皮可能对金属的结构完整性产生不利影响，因为它会削弱材料，并最终导致腐蚀，从而危害金属的完整性。
Prevention of oxide scale formation is crucial in industries where metal integrity is a priority, and various methods are employed to achieve this.在金属完整性是首要问题的行业中，预防氧化皮的形成非常关键，并且采用了各种方法来实现这一目标。
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过热蒸汽管道内氧化膜得形成分为制造加工与运行后两个阶段。
ﻫ过热蒸汽管道制造加工过程中氧化膜得形成就是在５70℃以上得高温制造条件下，由空气中得氧与金属结合形成得。
该氧化膜分三层,由钢表面起向外依次为FeO﹑Fe3O4﹑Fｅ２Ｏ3。
试验表明：与金属基体相连得ＦeＯ层结构疏松,晶格缺陷多，当温度低于５70℃时结构不稳定,容易脱落，或在半脱落层部位发生腐蚀.因此，在新锅炉投产前，一定要对锅炉进行酸洗,全部去除制造加工时形成得易脱落氧化层,然后重新钝化，以利在机组运行时形成良好得氧化层。
同时,在基建调试期间也可以考虑对过热器与再热器管道进行加氧吹扫,将易脱落得氧化层颗粒冲掉得同时加速形成坚固得氧化层，否则,在投运后会产生严重得氧化皮问题.ﻫ在45０℃～570℃，水蒸汽与纯铁发生氧化反应，生成得氧化膜由Fe2O３与Fe３O4组成，Ｆe２O3与Fe3O4都比较致密，可以保护或减缓钢材得进一步氧化.在570℃以上，水蒸汽与纯铁发生氧化反应，生成得氧化膜由Ｆｅ2O3、Fe３O4、FｅO三层组成，FｅO在最内层,ＦeO就是不致密得，破坏了整个氧化膜得稳定性,氧化膜易于脱落。
因此，过热蒸汽管道内壁在运行后所形成得氧化膜可分为两种情况:
（1)ﻫ如果在锅炉投运之前,通过严格得酸洗与吹管两个环节，将金属管道内壁易脱落氧化层彻底清除干净,吹扫过程中或整机调试得初期，当锅炉运行在亚临界低参数工况下（此时温度不会超过570℃），使管道内壁形成致密得、不易脱落得氧化膜(由Fe2Ｏ3与Fe3O4组成,这种氧化膜与金属得基体结合很牢固，只有在有腐蚀介质与应力条件
下才会被破坏)。
当日后机组运行于超临界工矿下,温度超过570℃时,这种氧化膜可以保护或减缓钢材得进一步氧化,同时自身也可以相对长期地保留.采用加氧运行，可加速形成上述氧化膜.
如果在锅炉投运之前，酸洗与吹管两个环节不过关,未将金属管道内壁易脱落氧化层彻底清除干净,则投运后很难形成致密得﹑不易脱落得氧化膜。
这种易脱落得氧化膜在机组投运后产生恶性循环:脱落→氧化→再脱落→再氧化，最终形成大量得氧化皮。
什么就是氧化皮
超临界机组氧化皮问题，就是具体管材在高温、特别就是超温情况下，由水蒸气氧化生成氧化层，在达到一定厚度形成氧化皮后,主要由于快冷等原因造成大面积集中脱落，大量堆积使管内蒸汽流量减少或者中断，管内蒸汽冷却效果变差，导致再超温与短期过热爆管。
超温与快冷,不精确控制与不规范操作,就是伴随氧化皮问题而存在得三包胎兄弟。
ﻫ在机组停运时，尤其高负荷非停后，特别发生过超温后非停,客观又由于风机等原因造成锅炉快冷,则管内氧化皮会大面积集中脱落,就会发生局部堵管与再次启动发生短期超温爆管事故。
氧化皮得危害
目前国内已投运得超／超超临界机组普遍存在严重得氧化皮问题，其危害巨大，主要表现在以下几个方面:ﻫ(１）
氧化皮堵塞管道,引起相应得受热面管璧金属超温，最
)ﻫ长期得氧化皮脱落,使管终导致机组强迫停机。
ﻫ(2
壁变薄，强度变差,直至爆管.ﻫ(３）
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得氧化皮，就是坚硬得固体颗粒,严重损伤汽轮机通流部分高/中压级得喷嘴﹑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。
(4）ﻫ检修周期缩短，维护费用上升.
（5）ﻫ一些机组为了减缓氧化皮剥落，采用降参数运行，牺牲了机组得效率。
（６)ﻫ上述各种情况导致机组运行得安全性﹑可靠性及经济性均大幅度降低。
氧化皮得脱落
过热器、再热器内壁得氧化层脱落有二个主要条件：一就是垢层达到一定厚度(临界值)；二就是母材基体与氧化膜或氧化膜层间应力达到临界值。
随着氧化膜厚度得增加,其发生脱落得几率越大。
在机组运行期间，过热器管与再热器管表面氧化层会逐渐增厚。
当管壁超温时，过热器管与再热器管表面氧化层会迅速增厚，由双层结构变成多层结构。
当氧化皮增长到一定得厚度时,由于温度变化等因素得影响,就会出现氧化皮得脱落现象。
氧化皮问题
防止氧化皮脱落就是不现实得，关键在于防止大面积集中脱落导致堵塞爆管。
措施主要有几个方面:ﻫ1、防止超温运行，特别就是热偏差较大管屏得个别管超温；方法就是加装炉内外壁温测点,进行热偏差试验，寻求降低热偏差原因，针对性调整.
2、控制温降速度，特别就是机组启动、停运期间温降速度。
ﻫ
3、加强机组停运时检查检验。
ﻫ特别指出,氧化皮问题并不能通过简单得更换高一级别得管材而达到解决。