600 MW超临界锅炉高温管屏蒸汽氧化探析
超超临界锅炉高温氧化皮的问题探讨
超超临界锅炉高温氧化皮的问题探讨摘要：随着机组容量的增加，锅炉的运行参数也相应提高，在锅炉的过热器和再热器管道内逐渐生成氧化皮，氧化皮的脱落容易造成过热器、再热器爆管，汽轮机调门卡涩等情况，因此研究高温氧化皮的生成和剥落问题对机组的安全运行显得尤为重要。
关键词：氧化皮；剥落；温度；引言：在目前具有较高参数的超超临界机组的运行过程中，在锅炉受热面很容易产生腐蚀物或氧化铁，腐蚀物和氧化铁在受热面内不断的积累，如果发生脱落情况，就容易造成锅炉过热器、再热器内部堵塞，受热面爆管，若进入到汽轮机侧，容易造成汽轮机调门卡涩或叶片损坏。
影响氧化皮生成的因素主要有6个:温度的高低、时间的长短、管材的含铬量的高低、材料的组织均匀性、晶粒粗细、水质控制、冷作硬化处理状况。
1、氧化皮的生成机理研究发现，高温下的水蒸气会产生游离氧，而铁在高温下会被氧化，行成致密的氧化膜，形成氧化膜后氧化过程就会减弱，金属得到了良好的保护。
如果氧化过程不牢固，那么生成的氧化膜不断剥落，氧化过程会不断的继续下去。
当蒸汽温度在570℃以下时，生成的氧化膜主要是三氧化二铁和四氧化三铁，上述氧化物相对比较致密，可以保护受热面进一步的氧化。
当蒸汽温度超过570℃以上时，氧化膜由一氧化铁、三氧化二铁和四氧化三铁组成，其中氧化皮的主要由一氧化铁组成，氧化皮是不致密的，因此破坏了整个氧化过程的稳定性，会使得钢材的氧化过程持续进行。
2、氧化皮的剥落及影响氧化皮的剥落有两个条件：一是氧化皮在不断形成过程中厚度也会不断的增加，当厚度超过某一厚度时就会发生剥落现象，不同材质的金属氧化物的剥落厚度也不一样；二是金属材料与氧化物层之间的应力值到达一定临界时，会出现氧化皮的剥落现象。
2.1 影响氧化皮剥落的因素：1）线膨胀系数。
金属与金属氧化物的膨胀系数不同，在温度变化时，它们之间就会发生膨胀不均，产生裂纹。
2）氧化皮越厚，其脱落所需的应力就越小。
管壁与氧化物的温度差越大，应力越大。
超临界锅炉蒸汽侧氧化皮生成的原因分析及对策探究
超临界锅炉蒸汽侧氧化皮生成的原因分析及对策探究受自然环境日益恶化的影响，越来越多的企业和单位开始以节能减排作为发展原则。
特别是近几年来，很多电厂引进了一大批超临界甚至超超临界的大容量火电机组，这给生产效率带来了很大提高的同时，一些表面刚才校核时间段，其表面抗氧化能力得不到保障的缺陷也逐渐显现出来，在超温情况下可能发生氧化腐蚀现象，造成氧化皮大量脱落的事故出现，相继的一些安全和经济问题也暴露出来。
本文在阐述超临界锅炉受热面蒸汽侧养护皮特征的基础上，从锅炉的选材、设计创造、运行检修等多方面进行了经验总结，在预防和控制氧化皮的具体措施进行了浅要的分析。
标签：超临界锅炉；高温受热；蒸汽氧化皮1 氧化皮的危害超临界锅炉在长期的使用过程中，由蒸汽侧氧化皮生成或者脱落，造成沉积所带来的危害也逐渐显现出来，经过近几年的经验总结，主要集中在以下几个方面：第一点，对管内蒸汽的顺畅流动造成一定影响，直接造成管壁的温度急剧上升，金属蠕变胀粗，以至于锅炉内管道的泄漏，对生产安全造成恶劣的影响。
第二点，氧化皮的产生对于导热造成影响，绝热作用会造成受热面金属管壁上升，对于管材的使用寿命影响很大。
第三点，剥落的氧化皮没有相应的处理方法，一旦被带入汽机之内，对于叶片、喷嘴等零部件造成磨损，影响使用寿命。
第四，氧化皮在锅炉内进行滞留，容易形成汽水污染，影响汽水的生成品质。
若想从根本上杜绝氧化皮带来的危害，防止或者减缓氧化皮的生成过程，就要对氧化皮组成结构、形成因素以及剥离规律有深刻的了解，有针对性的进行研究和分析。
2 氧化皮的组成氧化皮作为一种化学产物，在不同的条件下，组成也会有所差异，自然形成的结构形态也会有所区别，这也是不同型号机组产生的氧化皮不尽相同的根本原因。
对于T34、T91以及TP357型号的锅炉而言，蒸汽侧氧化皮的机构基本一致。
断面侧的外形一般呈现双层结构，通常内层的氧化物结构和厚度与外层基本相同。
对氧化物进行收集化验得出的结论是外层氧化皮结构主要成分是Fe3O4，在某些特殊情况下也会存在少量的Fe2O3，内层的机构比较复杂，主要组成成分是（FeCr）3O4，其中Cr的含量受钢中Cr含量的影响很大，基本是随着钢中含量的增长而增长。
600 MW 机组锅炉高温受热面氧化皮剥落原因分析及防治措施
600 MW 机组锅炉高温受热面氧化皮剥落原因分析及防治措施摘要: 针对某电厂2 号机组600 MW 锅炉过热器氧化皮剥落堵塞过热管造成管壁超温爆管的问题, 对锅炉管道爆口附近铁素体钢( T23/ T91) 管样的金相组织及氧化皮成分与结构进行分析, 得到了氧化皮的生成及剥落机理, 结果表明在高温运行状况下: 氧化皮的生成速度取决于金属管壁温度和钢材的抗氧化性能; 氧化皮的剥落主要取决于氧化皮与金属基体的温差及温度变化速率。
从锅炉运行调整、化学清洗和加强检查等方面提出了预防和减少锅炉高温受热面管内氧化皮的形成及剥落的措施。
这些防治措施可有效地减少因氧化皮形成及剥落而引起管束超温爆管的事故, 提高了机组的可靠性。
关键词: 600 MW 机组; 超临界压力锅炉; 高温受热面; 氧化皮产生; 氧化皮剥落; 爆管1设备及爆管情况简介1、1 设备情况某电厂2 号机组600 MW 锅炉是由哈尔滨锅炉有限责任公司引进三井巴布科克能源公司技术生产的超临界参数变压运行直流锅炉[ 1] ,为单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构II型锅炉。
锅炉燃烧方式为前后墙对冲燃烧, 前后墙各布置3层的低NOx轴向旋流燃烧器, 每层各有5只, 前墙最下层5 只燃烧器配置等离子点火装置取代点火油枪[ 2]。
锅炉设计煤种为神府东胜烟煤, 校核煤种为山西晋北烟煤。
水冷壁和包墙过热器材质为15C rMoG, 屏壁过热器材质为SA213-T91 和SA213-TP347H, 末级过热器材质为SA213-T91 和SA213-TP347H,高温再热器材质为12Cr1MoV G( 入口段) 、SA213-T91( 中间段) 和SA213-TP347H( 出口段) 。
1、2 爆管情况2008 年3 月8 日, 2 号机组锅炉在启动后带正常负荷运行一天, 因为过热器氧化皮剥落堵塞过热器蒸汽管道( 发生在屏壁过热器及末级过热器处) ,导致锅炉爆管。
国产600MW超临界机组锅炉高温再热蒸汽出口排空气管座裂纹分析与治理
５ ７ １口（ ．再 热 器 蒸 汽 ｆｎ【１濉 度 ５６９ ．给 水 泓 度 ２８３．７ ，主 汽 力 ２５．１ Ｍ ｔ ａ．冉 热 蒸 汽 Ｊｔ／． Ｊ
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第 ４【Ｊ卷 第 ｌ ２（）１８ １川
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国产 ６００ ＭＷ 超 临界 机 组 锅 炉 高 温 再 热蒸 汽 出 口 排 空气 管座 裂 纹 分 析 与治 理
关键 词 ： 热 疲 裂 纹 ； 『＿濉 冉 热 器 ：排 钙：道 ：
文 献 标 识 码 ：ｌ｛
文 章 编 号 ：ｌ ６７２ ｌ ７６ （２０１ ８）Ｉｌ１—００６９ ０５
０ 前 言
机 组 锅 炉 采 Ｈｊｌ睑尔 滨 锅 炉 有 限 仃 公 订 外 巴布 科 克 （ＭＢ）公 合 作 没 汁 、制 造 的 超
后 ，进 仃 荇 色 探 ｆ’ｊ．发 现 管 道 材 铃 彳Ｌ用 有 多
条 放 射 状 裂 纹 ． ｌｆＩ最 长 的 裂 纹 约 为 ２０ｍｍ．裂 纹
之 问
状 横 … 裂 纹 ．整 体 来 看 ， 的 龟 状
裂 纹 ，并 Ｈ … 镎 孔 内 擘 沿 径 向 及 环 阳 扩 展 。 通 过
（１） 场 愉 查发 脱 裂纹Ｊ ，埘 裂纹进 行 打 磨 除 ．待 裂 纹 打 磨 除 Ｊ· ，发 脱 管 孑Ｌ已 成 ／ｆ 规 则 状 ．尢 法 接 进 僻 接 ． 罔 ｊ 、
超临界锅炉末级过热器高温氧化腐蚀爆管分析及措施
(1) 运行控制汽 温 低 于 设 计 值 。由 于对 同 类 型 电 厂 的 各类 高 温 氧 化 腐 蚀 爆管经验的吸取 ,机 组投产 1 年以来 ,锅 炉运 行 中 末 级 过 热 器出 口 蒸 汽 温 度 基 本控制在 565 ℃左右 图 4 末级过热器管内氧化皮
运行 ,略低于设计值 571 ℃,通过历史数据记录检 查 ,对于末级过热器超温的幅度和累积时间都很 小 ,很少有受热面的金属温度超过报警值 。
≤0. 02
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2009 年第 2 期
上海电力
经验交流
3. 2 管材成分分析 经对 13 排第 4 根 、17 排第 1 根管样打磨预
超临界锅炉高温管屏超温分析及预防措施课件
同
屏下辐射
超临界锅炉高温管屏超温分析及预防措施
7
过热器再热器超温的判定
高温管屏某一位置的金属管壁温度超 过了该处金属的强度容许温度（称为 强度超温）或超过了该金属一定金属 氧化垢生成速度的温度（可称为氧化 垢生成超温）
超临界锅炉高温管屏超温分析及预防措施
8
管子的出口蒸汽温度
i2"
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i
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提纲
▪概述 ▪过热器再热器的热偏差 ▪锅炉过热器再热器超温的判定 ▪高温管屏预防超温的措施 ▪高温管屏在线监测系统(PSSS)原理 ▪高温管屏在线监测系统(PSSS)功能
超临界锅炉高温管屏超温分析及预防措施
1
概述
▪热偏差不可避免，实质是管屏中各 管内蒸汽焓增的偏差 ▪当管子的壁温超过了一定的限值， 可能发生爆管事故。 ▪管子的壁温是比管内汽温更应引起 关注的参数。
算位置最大热负荷、蒸汽侧的放热系数及管壁金 属导热系数
n 管子的金属壁温与蒸汽温度有一定关系，但并不
是一一对应的，烟气侧的热负荷对管子壁温有较
大的影响
超临界锅炉高温管屏超温分析及预防措施
10
管子的超温
高温烟气
T
2
3
1
4
金属许用温度 管壁温度 蒸汽温度
L
超临界锅炉高温管屏超温分析及预防措施
11
高温管屏预防超温的措施
超临界锅炉高温管屏超温分析及预防措施
32
结论－4
n 通过PSSS（锅炉过热器再热器在线监测）系统可 以准确地获得沿锅炉宽度烟气侧分布情况，通过 燃烧侧的调整使屏间烟气吸热偏差维持在较低水 平上，这样不仅降低了偏差屏的蒸汽温度可使管 壁温度降低相应数值，同时由于烟气热负荷的降 低使得管壁温度有进一步的降低，达到事半功倍 的效果。
探究600MW超临界锅炉防止高温腐蚀技术改造和运行调整
探究600MW超临界锅炉防止高温腐蚀技术改造和运行调整摘要：目前在大部分发电公司中，采用对冲燃烧的大容量锅炉内部水冷壁容易发生高温腐蚀的现象，该问题严重影响了锅炉的长期稳定运行。
本文通过分析600MW超临界锅炉内部高温腐蚀的原因，提出锅炉防腐蚀具体技术改造措施与注意事项，探究锅炉改造后的具体运行调整，提升电厂锅炉的安全性与经济性，希望对读者有所帮助。
关键词：超临界锅炉；高温腐蚀；贴壁风前言：某电厂的600MW超临界锅炉内部水冷壁易发生大面积高温腐蚀现象，如果不采取有效措施控制水冷壁的腐蚀趋势，就有可能发生水冷壁管的爆裂，严重影响锅炉的安全运行。
因此应对锅炉内部进行改造，通过优化锅炉内壁贴壁风装置、调整锅炉燃烧系统、为锅炉内部水冷壁喷涂金属涂层等方法，提升锅炉整体安全性，避免锅炉内部高温腐蚀现象出现。
一、锅炉内部腐蚀原因分析在超临界直流锅炉运行时，由于每部水冷壁属于两侧受热，热负荷较重，并且在管壁附着煤粉后，管壁的散热性能会显著下降，在此基础上，锅炉的温度不断上升，发生超温现象，当温度超过三百度后，管壁的腐蚀速率将得到显著提升，加重管壁的腐蚀现象[1]。
在锅炉运行时，燃料如果含有大量硫化物，在高温环境中则会使水冷壁附近存在较大浓度的还原性气体氛围，加快水冷壁腐蚀现象的发生。
在锅炉设计时，一般都会采用燃烧器对冲布置的设计，在锅炉使用时，如果燃烧器附近的风速过快，则一次风将会与前后墙产生激烈对撞，在碰撞发生后，锅炉内部的燃料气流也将向锅炉内部水冷壁方向冲撞，使得锅炉内部水冷壁附近产生燃烧现象，锅炉火焰上移，而水冷壁附近出现燃烧现象则会使水冷壁的温度迅速上升，燃烧进程产生的热量将会使管壁受到磨损与腐蚀[2]。
二、600MW超临界锅炉防止高温腐蚀技术改造措施与注意事项（一）锅炉技术改造措施1.改造锅炉侧壁风装置对锅炉的侧壁风装置进行改造以改善侧壁风效果，由于侧壁风是向易发生高温腐蚀的区域喷入空气，并且在一般情况下是使用二次风作为侧壁风风源。
600MW超临界锅炉水冷壁高温腐蚀分析及处理
600MW超临界锅炉水冷壁高温腐蚀分析及处理摘要：介绍了某600MW超临界锅炉高温腐蚀状况，通过增加锅炉水冷壁贴壁风，通过燃烧试验结果以及锅炉冷热态试验分析得出水冷壁侧墙壁面强还原性氛围得到有效控制，达到降低锅炉水冷壁高温腐蚀目的。
关键词：超临界锅炉;水冷壁;高温腐蚀;燃烧器一、概述某电厂600MW超临界锅炉存在严重的水冷壁高温腐蚀问题。
2012年7月份，委托西安热工院对#1、2炉进行燃烧调整试验，发现两侧墙水冷壁煤粉气流刷墙情况严重，贴壁呈现强还原性气氛，摸底工况下燃烧器至燃烬风区域侧墙含氧量均小于0.3%，CO含量大于10000ppm，H2S含量大于1200 ppm，NOx排放量小于300 mg/Nm3。
比对同为前后墙对冲燃烧方式的电厂，燃烧系统使用三井巴布科克LNASB燃烧器，多年运行均未出现水冷壁高温腐蚀问题。
其燃烧器结构与HT-NR3燃烧器相比，二次风和中心风的通流面积很大，燃烧器区域燃烧较充分，缺氧脱氮深度不及东方日立HT-NR3燃烧器。
该厂的NOx排放量大于500 mg/Nm3，但是通过调整二次风挡板开度，NOx的排放量可控制不超过450 mg/Nm3。
鉴于通过运行调节无法降低水冷壁贴壁还原性气氛，需要采取其他措施控制解决。
二、燃烧调整情况介绍#1锅炉入炉煤质年度平均含硫量为0.6%，在锅炉水冷壁高温腐蚀专项调整试验中，主要针对还原性气氛和煤粉气流刷墙进行，试验中以还原性气体H2S和CO、壁面附近氧浓度、贴壁面煤粉量为参考指标。
（1）摸底工况，在两侧墙高温腐蚀最严重区域共装设15个测点（即中层燃烧器标高至炉膛下层吹灰器标高），测试表明两侧墙贴壁氧量均在0.1%～0.3%，CO和H2S浓度较大，大部分已经超过仪器仪表量程（CO 和H2S量程上限分别为10000ppm和1203ppm），且抽出气体中含有大量煤粉，两侧墙煤粉气流刷墙严重，NOx排放量为217mg/Nm3。
（2）外二次风旋流调整试验，在运行氧量不变前提下外二次风开度为100%/50%/30%/30%/50%/100%。
600MW超临界锅炉高温受热面氧化皮形成与脱落原因分析及其改进措施
水 冷 壁 下 集 箱 标 高 为 ７ ５ ０ ｍｍ，炉 顶 管 中 心 标 高 为 ０
７ １ １２ ０ ｍｍ。 炉 膛 上 部 布 置 有 分 隔 屏 过 热 器 和 后 屏 过
对 爆 管 及 弯 管 内 氧 化 皮 进 行 检 查 后 ， 现 末 级 过 发 热器 共 有 ２处 爆 口： 第 １处 爆 口 呈 菱 形 ， 度 为 长 ６ ０ ｍｍ， 度 为 ３ 宽 ２ ｍｍ， 面 光 滑 ， 口两 边 呈 撕 薄 撕 端 破 裂 状 ， 爆 口特 征 分 析 为 短 期 过 热 所 致 ； ２处 爆 口 从 第 未全部爆开 ， 度 ２ 长 ０ ｍｍ， 口 附 近 有 众 多 平 行 的 轴 破 向裂纹 ， 爆 口特征 分 析 为管 道堵 塞 造成 流 量 下 降 ， 从 并 导 致 该 管 过 热 爆 裂 ， 根 管 子 下 弯 头 割 开 后 取 出 不 该
炉 型式 为 超 临界 参 数 变 压 运 行 螺 旋 管 圈 直 流 炉 ， 炉 单
膛 、 次 中 间再 热 、 用 四角 切 圆 燃 烧 方 式 、 衡 通 风 、 一 采 平
固态 排 渣 、 钢 悬 吊结 构 ｎ 型 锅 炉 、 天 布 置 燃 煤 锅 全 露
炉 。 炉 膛 宽 度 为 ｌ １ ８ ８ ６ ｍｍ ， 膛 深 度 为 １ ９ 炉 ７ ６ ７ ｍｍ ， 图 １ 炉膛 承 压 面 的 结 构 和 材 质
化皮脱落后在末级过热器下部弯头处堆积 ， 减少了管道的流通截 面， 管道过 热而爆管。文章分析 了高温受热面氧化 皮 使
形 成 及 脱落 的 原 因 ， 并提 出 了相 应 的措 施 。 实践表 明 ， 理措 施 取 得 了明显 的 效果 ， 高 了机 组 运 行 的安 全 性 。 处 提 关 键 词 ：超 临界 机 组 ； 热 器 ； 化 皮 ； 落 ； 过 氧 脱 措施 中图 分 类号 ：Ｋ ２ ． ２ Ｔ ２ ３３
600MW超临界锅炉启动初期分隔屏出口汽温超限分析与控制
（ ） 隔屏 过 热 器 人 口未设 计 减 温 水 ， 法 通 ４分 无
过蒸 汽减 温调 节汽 温 。
（ ） 隔 屏过 热 器 布 置 在 炉 膛 上 部 ， 处 的烟 ５分 此
气温度较其他过热器受热面处的烟气温度高。 （ ） 炉 启动 初 期 由于一 次 风 温 低 ， 磨 煤 机 ６锅 受
践， 找到了有 效控制 出 口汽温的办法 。 关键词 ： 临界锅 炉 ； 超 分隔屏超温 ； 因 ； 原 措施 中图分类号 ．Ｋ ２ ３３ Ｔ ２ ． 文献标 志码 ： Ｂ 文章 编号 ： ７ １ ４—１５ （０ １ １ ０ １ ０ ６ ９ １ ２ １ ）２— ０ ５— ３
１ 设备概况
烧器喷嘴从下至上依次编号为 Ａ， ， ， ， ， ， Ｂ ｃ Ｄ Ｅ Ｆ 对应 的制 粉系 统编 号与燃 烧器 喷 嘴编号 一致 。 锅炉的汽水流程 以内置式汽水分离器为界设计
成 双 流程 ， 冷 灰斗 进 口一 直 到折 焰 角 前 的 中间混 从 合集 箱为 螺旋 管 圈 ， 连 接 至 炉膛 上 部 垂 直 上 升 的 再
配 ６台磨 煤机 （ ５台运行 ， １台备 用 ）２ ，４个 直流 式燃
２ 启动初期分 隔屏 出 口汽温超 限原 因分析
２ １ 设 备 固有特性 ．
（ ） 锅 炉燃 烧 器 采 用 四角 切 圆燃 烧 ， 流 顺 １该 气 时针 旋转 。由于烟 气 出 口气 流的残 余旋 转造成 屏 式 过热 器 两 侧 汽温 偏 差 ， 般 右 侧 汽 温较 左 侧 高 ５～ 一
２ ０℃ 。
烧器分 ６ 层布置于炉膛下部四角 ， 煤粉 和空气从 四
角送 人 ， 炉膛 中呈 顺时 针切 圆方 式燃烧 ， 中最下 在 其 层 的 Ａ层 燃 烧 器 采 用 等 离 子 点 火 燃 烧 器 。锅 炉 燃
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３ 防 止 氧 化 皮 堆 堵 爆 管 的 措 施
３ ． １ 炉管 选材 及 其热处 理
３ ． １ ． １ 管材 选 择
在锅 炉 启停 或温 度 、压 力波 动较 大 时 ，会 造 成氧 化
皮 的大 量剥 落 ，并 可能 在炉 管 中堆 积堵塞 。
运行 经 管现 象往 往 发生 在 停 炉 后 的再 次启 动 过 程 中 ｊ 。
应 力 时 ，将 导致 炉 管爆 破 。
在锅 炉 稳定 运行 时 ，受 热面 的温 度较 稳定 ，不
会 出现 氧化 皮 的大量 剥 落 ，且 此 时炉 管 内 的蒸 汽 流 速也 较 高 ，少量 剥 落 的氧化 皮 随 即被 高速 汽 流击 碎
并带 走 ，一 般不 会造 成 氧化 皮在 炉管 中的堆 积 。但
大块 的氧 化 皮 沉 积 在 Ｕ 型 弯 管 下 弯 头 ，而停 炉 后 的蒸 汽冷 凝 水 也 汇 聚 在 ｕ 型 弯 管 底 部 ，将 剥 落 的
高 温下 的 氧 化 皮 发 展 成 由 里 到 外 的 Ｆ ｅ Ｏ、Ｆ ｅ Ｏ 、
Ｆ ｅ ： Ｏ ３层组 成 ，其 厚度 比约 为 １ ０ ０： １ ０：１ ，即氧
在超 温过 热 条件 下运 行 的炉管 ，在 温度 和应 力
炉 管壁 沿径 向存在 温 度梯 度 以及氧 化皮 与基 体金 属 之 间热 膨胀 系数 的差 异而 产生 的热 应力 ；
ｃ ． 因炉 管 内汽水 两相 流 动 产 生 的振 动 、炉 管
外 烟 气走 廊形 成 的共 振 以及管 壁 温度快 速 、大 幅度 变 化 等 附加 载荷 产生 的应 力 Ｊ 。
Ｐ — — 管 内蒸 汽压力 ，Ｐ ａ ； Ｄ —— 管 径 ，ｍ ｍ；
— —
ａ ． 合 金氧 化生 成 氧化 皮 时 ，因体 积增 大 而 产
生 的膨 胀应 力 ； ｂ ． 在锅 炉启 停 及负 荷 或烟 温 波动 较 大 时 ，因
壁 厚 ，ｍ ｍ。
氧化 皮 的堆积 使炉 管通 流截 面减 小 ，导致 其流 动阻 力 增 大 ，流 速 变 慢 甚 至 停 滞 ，使 管 壁 温 度 升 高 ，进 而加剧 氧化 皮 的脱 落 ，同 时 ，流速 变慢 也使 氧化 皮沉 积 的速度 加快 。如此恶 性循 环 ，使 管壁 温 度急 剧 升高 。
寸 大 、强 度 高 的氧化 皮在 炉管 弯头 、变 管径 处和 联
箱节流孔等部位堵塞形成桥架 ，由于此时炉管内的
蒸 汽流量 和 流速 较小 ，无 法将 其破 碎并 带走 ；随着
锅 炉启 动 过 程 的进 行 ，炉 管 堆 积 的 氧 化 皮 越 来 越 多 ，此 时 的蒸 汽流量 和 流速虽 有 大 幅提 高 ，也很 难
在温 度 变化 过程 中 ，当不 断 累计 的热 应力 、膨 胀 应 力和 外 载应 力 的总 和超 过 氧 化 皮 的 抗 拉 （ 抗
的复 合作 用下 ，其 珠 光体 球 化 和管 材 蠕 变 将 加 剧 ，
导致 炉 管胀粗 ，管径 增 大 ；同时 ，超温 过热 也加 速 了炉 管 表面 的氧 化 ，使管 壁变 薄 ，这些 因 素都使 炉
压 ） 强度 及 其 与 金 属 基 体 的 结 合 强 度 时 ，就 会 引
起 氧 化皮 破 裂并从 金 属基 体上 剥 离 。
１ ． ３ 氧 化皮 的堆 堵
管 实 际承受 的环 向应 力增 大 。可 见 ，超 温 过热条 件 下运 行 的炉 管 由于宏 观形 貌 和微 观组织 的变化 ，使 得 管壁 实 际承受 的环 向应力增 大 ，而 自身 的强 度却 下 降 ，当作 用 在管壁 上 的环 向应 力超 过管 材 的许 用
２ ０ １ ５年第 ３期
高清林 ，等 ：６ ０ ０ Ｍ Ｗ 超临界锅炉高温管屏蒸 汽氧化 探析
３ ９
Ｆ ｅ 、Ｆ ｅ ｎ和 Ｏ 反 应 分 别 生 成 Ｆ ｅ ３ Ｏ ４ 和 Ｆ ｅ ２ Ｏ ３ ，而 在Ｆ ｅ Ｏ 层 的 内侧 ，Ｆ ｅ Ｏ 则分 解 生成 Ｆ ｅ Ｏ，至 此 ，
一
炉管抗 蒸 汽氧 化性 能 的好坏 主要 取决 于其 管 内
不致 密 ，体 积很小 的金属 离子 很容 易通 过 它 向外 扩
散 ，所 以金属 在 高温 下 的抗 氧 化性 能 大大 降低 。 随着 温 度 的 升 高 ，各 离 子 的扩 散 迁 移 速 度 加
快 ，离子 间 的反 应和 Ｆ ｅ Ｏ 分解为 Ｆ ｅ Ｏ 的速度 也加 快 ，形成 的 氧化皮 加 厚 。 当氧 化皮 增 长到 一定 厚度 后 ，会在 其 中产 生应 力 ，促使 其 破裂 ，导 致 氧化皮
力 为
ｏ ｒ ＝ ＰＤ ／ ２ ｔ （ １ ）
数 值模 拟 炉管 内壁 氧化 皮 的剥 落机 理 ，结果 表
明 ，锅炉炉管内壁氧化皮的开裂和剥落 ，与其所受
的 应力 密切 相 关 。 锅 炉运 行 中 ，积 聚 在 管 内 氧 化 皮 上 的应 力 如
下 ：
式 中 —— 管 壁上 的环 向应 力 ，Ｐ ａ ；
与金 属基 体 分裂 ，周 围的氧直 接 侵入 内部 与金 属 发
生反 应 ，形 成 “ 破裂 氧 化 ”，且这 种 氧 化 过 程要 比 扩散 氧 化过 程快 。
１ ． ２ 氧化 皮的脱 落
对 其产 生扰 动并 带走 。
２ 锅 炉 过 热 爆 管
对 于薄 壁压 力容 器 ，其在 工 作 中受 到 的环 向应
化皮主要 由 Ｆ ｅ Ｏ组 成 。 由 于 Ｆ ｅ Ｏ 的 晶格 可 置 换 、
氧化 皮淹 没 ，当锅 炉 重新 点火 后 ，炉管 内聚 积 的冷
凝 水 逐渐 蒸 干 ，氧化 皮便 粘结 成块 状 ，堵塞 了炉 管 的 流通截 面 。另一 方 面 ，在锅 炉启 动过 程 中也会 导 致部 分 氧化 皮脱 落和 堆积 ，在 启动 初期 ，首 先是 尺