浅谈锅炉受热面氧化皮脱落原因分析及防治措施

浅谈锅炉受热面氧化皮脱落原因分析及防治措施

随着超临界发电技术的发展，特别是锅炉内部温度参数的逐步升高，导致了氧化皮脱落的机组爆管事故越来越多。由于这种氧化皮的形成对锅炉内部产生较大的危害，从而造成一些不必要的损失，因此，如何减缓超临界机组氧化皮脱落速度，进一步提高锅炉机组的安全性是目前科技工作者亟待研究分析与解决的关键性技术性难点。本文通过对锅炉受热面氧化皮概述以及其脱落原因的分析，进而提出一系列较为科学的防治措施，为锅炉机组研究人员提供一些建议与参考。

标签：锅炉受热面 氧化皮脱落 原因分析及防治措施

目前在国内锅炉火力发电机组中，超临界锅炉高温受热面不锈钢管内壁受到蒸汽氧化，从而引发其内部氧化皮层产生堵塞爆管的现象。国内不少学者针对锅炉受热面氧化皮脱落的问题原因分析以及防治措施进行了一系列的研究与调查工作，目前已经寻找到可以在一定程度上积极应对氧化皮脱落问题的有效措施，但是目前技术领域还无法彻底解决氧化皮的形成与脱落的根本性问题。为此，我们应当首先了解氧化皮所产生的危害性作用。锅炉在运行的过程中，因为蒸汽侧氧化皮的形成与脱落造成的主要危害主要集中在如下四个方面：第一：在一定程度上阻碍锅炉内部蒸汽的流动，从而使得锅炉内壁温度大幅度升高，导致锅炉炉管泄漏。第二：氧化皮自身存在绝热的属性，这种属性容易引起受热面管内的金属壁的温度上升，从而影响了受热面管金属璧的使用寿命。第三：脱落的氧化皮容易被带入整个机组的汽机内，会损伤内部的一些器件。第四：由于氧化皮存在一定的污染，氧化皮在锅炉内壁的形成容易造成内部汽水的污染，从而影响锅炉内壁汽水的质量。

一、锅炉受热面氧化皮概述及脱落原因分析

1.氧化皮的形成与脱落机制

1.1氧化皮的形成机制

随着目前机组超临界发电技术的发展，特别是锅炉内部温度参数的显著提高，因为氧化皮脱落造成的机组爆管事故越来越多。那么氧化皮的形成到底有哪些步骤呢？我们可以进行一个有趣地描述，当超临界机组蒸汽参数高，主蒸汽温度均在570℃，如果在此温度之下，水蒸汽自身的氧化性较强，锅炉内壁上产生蒸汽氧化是一种必然的现象。然后水与铁产生化学反应生成氢氧化亚铁，然后氢氧化亚铁进行饱和后在一定温度下形成氢氧化铁，并分解出部分氢气。这种氧化膜的成长遵循着塔曼法则，意思既是指氧化膜的生长与整个锅炉内的温度和氧化膜所生长时间有关。一般来说，金属温度对整个氧化速度的影响效应不大，并且锅炉内的蒸汽压力的影响相对较小，整体温度对于不同金属种类的影响方向和影响程度也是不尽相同的。

1.2氧化皮的脱落机制

如果机组内的过热器与再热器长期处于一种高温运行环境之下，其中过热器与再热器管的子内壁就会被高温蒸汽这一现象不断地氧化，从而形成了连续的氧化皮，这些氧化皮附在两种器件的管壁上。氧化皮的脱落也存在一定的条件，第一：氧化皮需要达到一定的厚度，一般情况下不锈钢应当达到0.1毫米左右。第二：整体高温蒸汽管道的内部温度变化幅度与其温度变化的频繁性存在较大的不稳定性。因此，由于在温度变化的同时容易引起氧化皮破裂并容易从金属表面脱落，故管内的氧化皮大面积脱落机制一般形成在整个机组启动与停止过后，或者温度在发生变化的时候。

2.氧化皮的危害分析

氧化皮的危害分析氧化皮在脱落后掉入锅炉管内壁的底部，如果其脱落的数量达到一定程度后，就会造成一定的管道堵塞，极其容易造成整个受热面的超温与爆管。例如：某机组在停运冷却检查的过程中，其内部发现高温过热器的损失爆口三个，高温再热器损失竟达到了6个之多，在工程技术人员进行维修的过程中共取出氧化皮质量接近一千克左右，单个弯头取出的氧化皮质量最大为近400克左右。这种高温过热器大面积爆管现象，就是因为氧化皮的脱落问题造成的，氧化皮的脱落造成了管内空气流通不畅，造成了管内超温，进而引发了爆管。同时，值得工程技术人员关注的是，如果氧化皮在主汽门处进行堆积，很容易造成主汽门产生堵塞现象，从而导致了机组停运，整个主汽门无法进行关闭。

3.氧化皮脱落条件分析

在整个机组启动与停运的过程中，由于其内部管壁的温度变化幅度较大，此时的管内氧化皮也最容易产生脱落的现象。而且，当机组启动的时候，因为此时锅炉内的蒸汽流量并不是很大，无法将所产生的氧化皮全部带走。当已经脱落的氧化皮不断地进行聚集，数量形成较多的时候，机组再进行启动将会产生较大的蒸汽流量，也很难将所产生的氧化皮进行处理。从而，整个被堵塞的管道内壁温度越来越高，严重的时候会造成机组内部短期发生超温爆管的严重问题。由以上分析我们可以总结出氧化皮脱落的两个重要条件。第一：内部温度变化幅度较大，其速度与频度也较高。第二：氧化皮的堆积达到了一定的厚度，从而产生堵塞现象与问题。

二、锅炉受热面氧化皮脱落防治措施

1.严格控制锅炉运行温度

通过对高温受热面氧化皮产生、脱落的分析与研究，为了防止氧化皮的快速形成，其中主要的防治措施应当控制整个机组的局面或整体温度的超温运行。无论是主蒸汽温度还是再热蒸汽温度，其温度控制都应当服务于整个锅炉内的管道壁温度。如果发生超过管道壁温度的现象，应当及时进行燃烧调整，如果燃烧调整无效，可以适当地进行降低中间点温度，以便适合整个机组的温度运行。在现实条件下，加强对锅炉气温与烟温的偏离主要温度的差别调整与监测，可以有效

地防止受热面局部超温运行现象的发生。

2.控制开启与停止锅炉以及升降负荷速度

机组在启动的时候，应当严格按照相应的控制程序，控制好整体的升温速度，尽可能地减缓机组温度的变化速率，要尽最大可能避免紧急停运情况的发生。同时，还应当注意在锅炉停运后的快速冷却，以进一步防止氧化皮脱落问题的发生。要在锅炉运行的过程中，加强对系统的监视与调整，一旦存在异常情况要及时进行处理，避免较大可能性的汽压、气温的变化。在锅炉的运行升降负荷上，应当进一步规定主蒸汽、再热蒸汽的温度变化速率。为了进一步防止锅炉管道内壁温度的剧烈变化导致氧化皮的脱落，主蒸汽与再热蒸汽的温度变化速率应当制定在一个较低的标准。值得一提的是，在锅炉内部还应当尽量减少减温水的使用量，因为不合理的使用减温水会造成减温器的过早损坏，同时还会导致锅炉内气温与锅炉管内壁温度的剧烈变化与波动。

3.及时进行氧化皮的清理工作

通过加强对锅炉内部氧化皮堵塞的检查，可以及时有效地进行氧化皮的清理工作。在整体原则上，应当将对氧化皮监测纳入整体的防磨爆体系，只要是面对高温受热面的问题，必须要做到有点必查，只要具备一定的检查条件，都可以进入锅炉炉膛内部进行检查与监测。同时，在原有的检查基础上，还应当积极加强对超温管子的检查。一旦发现在无损检查过程中，氧化皮堆积较多的管段进行切割管道清理。建议在清理机组过程中可以采用氧化皮检测仪器进行较为仔细地检测，还可以采用射线检验的方式进行检测。

4.加强温度检测与监测点管理

要加强对高温的管理与监测工作，在运行机组时要做好超温预防与控制措施的落实与研究，切实对金属超温情况做好分析、统计以及研究工作。同时，在机组内部应当加强内部管道壁的温度监测的维护，在保证运行人员安全的基础上，进一步对机组与锅炉内部进行温度监测工作。在锅炉运行的过程中，运行人员应当密切地关注锅炉受热面氧化皮脱落的金属温度变化趋势，一旦锅炉出现温度超温的报警标识，应当及时采取措施进行问题解决。

三、总结

本文通过对锅炉受热面氧化皮脱落原因的阐述性分析，对造成氧化皮脱落的原因进行了一定程度上的探究，在后续工作中提出了相应的防治措施，例如加强管道内部以及锅炉内部温度检测等一系列较为实际的措施，从而可以在一定程度上避免氧化皮脱落对锅炉或机组造成的危害。在实际工作中，工程技术人员应当加强技术创新与实践，不断总结经验，统筹兼顾，不断创新现有技术，为解决锅炉受热面氧化皮脱落问题进行深入地分析与研究，并要总结出相应的方式与措施，从而实现发电厂经济效益的提高。

参考文献

[1]刘定平. 超（超）临界电站锅炉氧化皮生成剥落机理及其防爆关键技术研究[D].华南理工大学，2012.