超临界锅炉受热面氧化皮脱落分析

超临界锅炉受热面氧化皮脱落防治严亚军马成海华润电力登封有限公司摘要：

锅炉长时间运行氧化膜生长形成一定厚度的氧化皮，因氧化皮和钢管基材存在较大的膨胀系数差，在机组启动或停炉冷却过程中氧化皮受应力作用脱落堵塞受热面管。氧化皮脱落所造成的超温爆管已经成为影响超临界锅炉运行可靠性的重要因素。设备概况：

我公司#3、4炉采用哈尔滨锅炉厂制造的型号为HG-1970/25.4-PM18超临界参数变压运行直流炉，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Π型锅炉，炉顶采用大罩壳密封结构，前后墙对冲燃烧方式，前后墙燃烧器各4层。最大连续蒸发量1970t/h，额定蒸发量1912.6t/h,主、再热蒸汽温度571/569℃。屏式过热器及末过采用TP347H奥氏体钢和T91铁素体钢（错开布置）。设备概况：#3机组于2011年10月18日16：00首次并网，2012年9月18日5：40因氧化皮脱落造成屏过9-6、13-7超温爆管，另有4根屏过管管壁减薄后爆开，吹损减薄31根屏过管。累计运行7600小时。设备概况：13-7爆口9-6爆口设备概况：吹爆口设备概况：吹损减薄管氧化皮产生的机理：金属在高温水蒸汽中会发生严重的氧化。在温度大于450℃下，金属铁与水蒸汽反应，生成铁氧化物。并在此过程中产生氢气。

3Fe＋4H2O＝Fe3O4＋4H2↑反应过程中的氧来源于水蒸汽自身，而不是溶氧。因此铁的高温水蒸汽氧化是自然过程，不可避免。氧化皮产生的机理：1）低于570℃管内部的氧化膜结构氧化膜是由Fe2O3

和Fe3O4组成，都比较致密氧化皮产生的机理：2）高于570℃管内部的氧化膜结构氧化膜由Fe2O3、Fe3O4、FeO三层组成。FeO是不致密的，金属的抗氧化能力大大降低！氧化皮脱落的原因：氧化层剥离有二个主要条件：（1）垢层达到一定厚度（临界值），一般而言奥氏体不锈钢0.10mm，铬钼钢0.2～0.5mm，运行2～5万小时可达到；（2）母材基体与氧化膜或氧化膜层间应力是否达到临界值（与管材、氧化膜特性、温度变化幅度、速度、频度等有关）。氧化皮脱落的原因：

由于奥氏体不锈钢与氧化皮热膨胀系数不同，氧化铁的膨胀系数一般在9.1×10-6/℃，奥氏体不锈钢的膨胀系数一般在16～20×10-6/℃，两者热膨胀系数差异较大。在锅炉运行或启、停机时受热面管子的温度变化，尤其是剧烈的温度变化时，氧化皮之间以及基材因受热应力而脱落。氧化皮聚集的部位：氧化皮的形状：氧化皮的形状：氧化皮堆积对锅炉的危害：减少管子的通流面积，造成受热面管壁温上升，缩短管材使用寿命。严重时，堵塞管路，短期内造成受热面超温爆管。防止氧化皮脱落的措施：锅炉上水温度20～70℃且大于水冷壁壁温20～30℃，在锅炉冷态冲洗过程中缓慢提升除氧器水温，以不大于20℃/小时速度加热到110℃以上，投入邻机加热，给水温度加热至200℃以上。启动过程中升温、升压速度严格控制，饱和温度100℃以下时温升率≤0.5℃/min，之后温升率≤0.7℃/min。防止氧化皮脱落的措施：启第二台制粉系统前尽量不投减温水，若需投减温水，应手动操作，每次开度≤3%，两次间隔＞5分钟。禁止投自动，切忌大开大关减温水。启动过程中热态冲洗结束后逐渐关小小溢流调门至全关，增加蒸汽量。启动过程中尽量降低火焰中心位置，适当开大燃烬风。防止氧化皮脱落的措施：并网后加负荷速度缓慢均匀，每个负荷段稳定一定时间后继续升负荷。正常运行主蒸汽温度551℃-571℃，再热汽温550℃-569℃。运行中尽量少用减温水，减温水量控制应平稳，防止大幅增减。防止氧化皮脱落