%91电厂锅炉高温腐蚀及防护技术-最终版改

• 很多电厂再热器的氧化皮厚度和剥离程度 不比过热器差，但爆管的机会要比过热器 小得多，这是因为再热器管的管径比过热 器管大很多，因堆积物过多引起超温的机 会也就小了很多。
三、危害 • 蒸汽侧氧化层剥落堵塞炉管而造成爆管主要有以 下特点: • ( 1) 从爆口的特性和金属材料分析结果看, 爆漏都 是由于超温引起, 多数爆管有典型的短期 超温特 征。爆口通常为“鱼嘴”状, 开口较大, 爆口附近 炉管胀粗显著, 爆口边缘减薄明显。 • ( 2) 爆管发生有特定时段, 大多数爆管均发 生在 机组启动后的不长时间内, 从十几 h 到四十几 h。 • ( 3) 在爆漏管的流通回路中,特别是在弯头、 焊缝 、变径管等位置发生金属氧化皮等杂物堆积。
两者间紧密结合。一般情况下不易脱落。
有时铁素体钢内壁较厚的氧化皮 也会发生层状剥落现象
日照电厂#1炉高再超温管内壁 氧化皮厚度已达0.84mm仍未剥 落的形貌
石洞口二厂 F12再热器管内壁 氧化皮形貌
蒸汽侧氧化皮的剥落倾向-奥氏体钢 奥氏体不锈钢蒸汽侧氧化皮很容易剥落，主要是氧化皮的膨胀系数
和基体金属差别较大，在氧化皮厚度仅20～30微米以上时就可能因温 度变化而产生剥落现象。
一、概述 近些年来随着锅炉参数的不断提高，锅炉大量采用 了高合金耐热钢以及奥氏体不锈钢，氧化皮脱落的 问题日益突出，尤其是奥氏体不锈钢管，因氧化皮 脱落的问题造成的锅炉爆管停机时有发生。奥氏体 钢的金属基体晶格为面心立方晶格，它与氧化皮的 晶格差异较大，因此造成热膨胀系数相差较大（不 锈钢的膨胀系数约是氧化膜膨胀系数的 2 倍），氧 化膜与基体结合不紧密，氧化皮较容易脱落，实际 检测发现，氧化膜厚度达到约 0.1mm 左右即开始脱 落。（对于铁素体钢 ,氧化皮开始剥落的临界厚度 是500μ m。）
三、危害
• Ｕ形管底部弯头容易遭停运腐蚀。由于积 水，接触大气，尤其是已有氧化皮剥落物 堆积的弯头处，会遭受水、氧气及电化学 过程等多种腐蚀因素的侵蚀，其腐蚀速率 、腐蚀产物的量都将非常可观。而腐蚀产 物的堆积，加剧了运行中管壁温度的升高 ，使氧化剥皮问题愈加严重，同样是一种 恶性循环。
三、危害
贵州电力试验研究院内部培训资料
火力发电厂过、再热器氧化皮 生成原因及防治交流
二O一一年八月
一、概述 主 要 内 容 二、氧化皮形成及脱落 三、危害
四、预防与治理
一、概述ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在火电机组中，由于蒸汽通流部件表面氧化层的形 成与剥离，大大影响了锅炉运行的安全性、可靠性和 经济性, 而且还殃及汽轮机和管道部件。在我国火力发 电厂曾发生过许多大机组过热器和再热器管的堵塞爆 管、主汽门卡塞和汽轮机部件的固体颗粒侵蚀问题。 涉及的机组既有蒸汽出口设计温度为 540 ℃左右的亚 临界和超临界机组,也有蒸汽出口设计温度为 570 ℃左 右的超临界机组；涉及的管材既有TP304H、TP347H 等不锈钢管,也有 T23、T91等铁素体类钢管,可以预见， 随着机组向超临界甚至超超临界参数发展，此类问题 将会更为突出。
二、氧化皮形成及脱落
• 不同材料的氧化层抗剥落能力有较大 差别，因此材料的选用是否合理，是 影响氧化皮剥落的重要因素。金属材 质中铬含量的增加有助于提高金属的 抗氧化性能。
• 含Cr22%以上高铬钢>表明冷加工变形18-8 钢>细晶18-8不锈钢>粗晶18-8不锈钢
二、氧化皮形成及脱落
• 在锅炉正常运行中，受热面的温度变化相 对较小，并不会大量剥落，其大量剥落的 主要原因是机组启停或温度大幅波动所产 生的温差热应力。尤其是氧化膜膨胀系数 与基体钢材差别很大，与奥氏体材料差异 更大，应力超过一定的限值时，氧化皮即 剥落。尤其是在停炉过程中剥落的氧化皮 在底部堆积，在遇有蒸汽冷凝存有积水情 况下，氧化皮粘结在一起，在下次锅炉启 动时锅炉蒸汽流量不大，流通蒸汽很难将 其带走，极易引发受热面管过热爆管。
二、氧化皮形成及脱落
• 机组频繁地启停，是诱发爆管的重要因素 。当大修以后，多次地启动-试验-停机-再 启动，尤其当不仅启停次数多，而且其间 停机时间长时（剥落物堆积增加，停炉腐 蚀机会增加），爆管的危险会大大增加。
三、危害 1阻碍管内蒸汽流动,导致受热面泄漏（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。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。由于底部弯头处氧化皮剥离 物的堆积，使得管内通流截面减小，流动阻力增 加。这导致了管内的蒸汽通过量减少，使管壁金 属温度升高。当堆积物数量较多时，管壁大幅超 温，引起爆管。
二、氧化皮形成及脱落
二、氧化皮形成及脱落
• 2.影响氧化皮生成的因素
相关试验表明，金属超温运行和材料的特 性是影响金属氧化皮形成及增长的主要因 素。
二、氧化皮形成及脱落
• 在火电机组运行期间，锅炉受热面表面氧 化层会逐渐增厚。当管壁超温时，过热器 管和再热器管表面氧化层会迅速增厚。氧 化皮厚度和材料特性、运行时间和运行温 度有密切的关系。运行时间和氧化皮的厚 度基本呈线性关系。温度对氧化皮厚度的 影响呈加速上升的趋势，当金属材料在接 近和达到其许用温度区域时，影响极为显 著。超温或运行中管壁金属温度偏高是导 致钢管内壁氧化皮快速生长的主要原因。
三、危害
• 在实际运行中，引起爆管的原因比上述过 程要更复杂一些，除了直接的氧化皮堆积 这个根源以外，还必须有其它某一个或多 个重要因素同时作用：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，高 温水蒸汽腐蚀速率更高，氧化剥皮问题愈 加严重。这是一种恶性循环。
日照#1炉再热器炉TP304 伊敏高温过热器管堵塞 部位氧化皮的宏观形貌
二、氧化皮形成及脱落
• 在机组启停过程中，管子的温度变化幅度 是最大的，管内的氧化皮也最容易剥落。 加之在启动初期蒸汽流量较小，不能迅速 地将剥落下来的氧化皮带走，大流量时， 氧化皮已经在管径较小的弯头处形成堵塞 ，引起管子超温。所以氧化皮堵塞造成爆 管大多发生在机组启动后的短时间内。
一、概述
早在六十至七十年代，国外就将蒸汽通流部 件表面氧化层的形成与剥离作为重点问题进 行过研究。结果认为，蒸汽通流部件表面氧 化皮的生成与剥离主要是由运行工况的变化 以及通流部件的选材等方面因素所决定的。 近期研究还认为，蒸汽通流部件表面氧化皮 的生成与剥离问题在不同的水工况条件下没 有区别。但由于此问题涉及设计选材、机组 运行等多方面因素，若不能协同各专业采取 有力措施，此问题难以全面解决。
一、概述 锅炉高温段炉管广泛使用的铁素体和奥氏体管材， 这些管材在高温下运行与蒸汽作用会在炉管内壁生 成一层氧化层，可以阻碍铁和水或蒸汽间的进一步 反应，可以防止管内介质中的某些成分对金属的腐 蚀，但是在一定条件下,这些氧化层会与母材脱离, 大量的氧化层剥落对机组运行的安全是极大危害。 锅炉受热面管内壁氧化膜剥离问题很早就在国外的 一些锅炉上有所发现，但当时因锅炉参数较低，所 使用的管材多是碳钢或低合金钢，这种钢管内壁形 成的氧化膜的晶格结构与钢管基体的晶格结构相近， 热膨胀系数相差不大，氧化膜与基体结合较为紧密， 即使氧化膜厚度达到 1mm 与不易脱落；即使脱落也 是点蚀状脱落，不会是大面积片状脱落。
二、氧化皮形成及脱落
• 氧化皮的剥离有两个主要条件：其一是氧 化层达到一定厚度；其二是温度变化幅度 大、速度快、频度大。由于母材与氧化层 之间热胀系数的差异，当垢层达到一定厚 度后，在温度发生变化尤其是发生反复或 剧烈的变化时，氧化皮很容易从金属本体 剥离。
蒸汽侧氧化皮的剥落倾向-铁素体钢
对于铁素体钢蒸汽侧氧化皮，由于氧化皮的膨胀系数和基体金属相近，
二、氧化皮形成及脱落
• 锅炉受热面氧化皮最容易剥落的位置为U形 立式管的上端，尤其是出口端。因为出口 段温度最高，氧化皮厚度最厚。而立式管 的上端承受着管屏的自重，产生很大的拉 应力。当温度变化大的时候，在这个部位 产生拉伸程度的变化，加上热胀系数的差 异，使得附着在管壁上的氧化皮与金属本 体间的伸缩变化的差异更大。所以，U形管 的上端，尤其是出口段，是氧化皮最易剥 落的部位。
三、危害-案例
1、600MW超临界锅炉末级过热器氧化皮剥落爆管
华电贵港发电有限公司#2锅炉由上海锅炉厂有限公司在引进ALSTOM 美国公司超临界锅炉技术的基础上，结合上海锅炉厂有限公司燃用烟 煤的经验，并根据用户的一些特殊要求进行设计生产的。锅炉型号为 SG-1913／25.4-M965，过热器出口压力为25.4 MPa，过热器出口温度 为571℃ 。锅炉型式为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、 一次中间再热、采用四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢 悬吊结构Π型、露天布臵燃煤锅炉。炉膛宽度18816mm，炉膛深度 16576mm，水冷壁下集箱标高为8300mm，炉顶管中心标高为 71050mm，大板梁底标高78350mm。炉膛上部布臵有分隔屏过热器和 后屏过热器，水平烟道依次布臵末级再热器和末级过热器，尾部烟道 布臵有低温再热器和省煤器。末级过热器为逆流布臵，共计82排，每 排12根u形管，为冷热段布臵。末级过热器规格为Φ38.1×7.00、 Φ38.1×7.5、Φ38.1×7.96、Φ38.1×9.00，材质为TP347H、T91、T23。 末级过热器的结构如图1所示。 #2炉至2010年3月已累计运行14400小时。2010年3月，#2锅炉发生了 一起严重的末级过热器爆管事故。
二、氧化皮形成及脱落
• 在温度高于 570℃时，水分子会分解为氢氧 原子结构 ,大量的氧原子充分满足了氧化反 应的需要。而 570℃也正是形成不致密的 FeO的关键温度值 ,氧化膜由 Fe2O3 、 Fe3O4 、FeO 三层组成，如图。与金属机 体相连的FeO致密性差，其结构疏松、晶格 缺陷多，当金属氧化皮厚度增加后易发生 氧化皮剥落的问题。