火电厂锅炉高温过热器 再热器管壁氧化皮生成与剥落机理研究

锅炉高温受热面氧化皮的分析研究摘要：锅炉受热面管若产生氧化皮将会对锅炉的运行有着极大的危害。

因此，对锅炉受热面管氧化皮进行检测历来都是预防锅炉爆管的重要手段。

而超声波技术的应用，则对锅炉受热面管氧化皮的检测有了极大的帮助。

基于此，本文就锅炉受热面管氧化皮的超声波检测进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定帮助。

关键词：受热面；氧化皮；预控措施引言随着锅炉使用时间的增加，氧化皮往往容易产生氧化皮，由于氧化皮与钢管基材膨胀系数差异较大，在停炉冷却过程中，氧化皮因受力脱落，堆积堵塞受热面管，如检查清洗不彻底，会导致锅炉在超温爆管后重新启动。

为了防止爆管事故的发生，必须减少和避免氧化物剥落和积累。

虽然对氧化皮问题采取了不同的处理方法，但对氧化皮产生的原因、规律及预防措施尚无系统的研究。

因此，本文对这些问题进行了探讨。

1.氧化皮的生成机理及危害1.1 氧化皮的生成机理在亚临界及以上机组的锅炉高温段受热面管内，过热蒸汽温度都大于540℃，此时的高温水蒸汽与金属材料中的铁直接反应，生成Fe3O4并放出H2，且温度越高，这种蒸汽腐蚀就越剧烈，具体化学反应式如下：3Fe＋4H2O→Fe3O4＋4H2 （1）蒸汽温度的不同反应产生的氧化皮组成也有所区别。

当温度小于570℃时，产生的氧化皮主要由Fe3O4和Fe2O3构成，形成的氧化皮组织较为致密，可以避免基体母材的进一步氧化；但当温度大于570℃时，产生的氧化皮主要由Fe2O3、Fe3O4和FeO构成，其中Fe2O3在最外侧，Fe3O4在中间，FeO在最里侧，此时形成的氧化皮组织疏松，致密性差，易受外界作用，从而使基体母材不断与高温水蒸汽发生化学反应，加剧了氧化皮的生成。

1.2 氧化皮的危害高温受热面管氧化皮问题一直是困扰电站锅炉安全运行的重要因素。

氧化皮的导热系数比基体母材低，当产生氧化皮后，会影响传热效果，易造成管壁超温，管壁超温反过来又会使氧化皮的厚度增加，如此形成恶性循环。

50研究与探索Research and Exploration ·维护与修理中国设备工程 2018.12 (上)火力发电厂超临界锅炉氧化皮剥落爆管的问题，会在不同程度上对发电厂机组的设备零部件和设备运行造成威胁，同时也会影响到发电厂发电总体质量。

因此，如何在此种环境下，采取更加积极有益的措施对其进行控制成为了相关领域工作人员的工作重点之一。

1 火力发电厂超临界锅炉氧化皮剥落爆管的危害火力发电厂超临界锅炉氧化皮剥落爆管问题，对设备机组等方面造成一定的威胁。

1.1 损坏汽轮机叶片过热器和再热器管的剥离氧化皮，会有很大一部分被极高流速的蒸汽携带过热器和再热器当中。

氧化皮的末级过热管当中的流速为19m/s，再热器的速度为37m/s。

调门或者是喷嘴之后，会获得更大的速度。

此类被携带的氧化皮，剥离物的颗粒，具有十分强大的动能，会不断地撞击汽轮机的叶片，从而使汽轮机当中的中压级和高压级前几级的叶片在运行的环节中受到很大损伤，最终会导致汽轮机的二级叶片变小、缺损，直至降低自身在机组内部的出力。

比如，宝钢电厂生产的1号和2号汽轮机设备，在运行超过4万小时之后，汽轮机的叶片出现了明显的受硬质颗粒高速撞击的痕迹。

在高压调速之后，会经过第1至第4级别、中压前几级，此种情况下，叶片正对着气流面，系统设备会出现明显的小坑，叶片损毁比较严重。

1.2 污染水汽品质被高速的蒸汽带出过热器和再热器设备的氧化皮剥离物颗粒会在汽轮机当中完成对叶片的撞击和冲蚀。

颗粒本身会出现破碎、变细和变小的问题。

同时，还会增加叶片本身，被冲蚀之后的产物。

当进入到凝结水系统当中时，火力发电厂当中的热力系统，如果没有相应的除盐装置或者是凝结水过滤器，细小的氧化铁颗粒会随着水汽自由移动到系统内部的各个地方，最终成为热力设备当中的沉积物。

水汽系统的污染物来源，可以被分为外来和自生两种形式。

通过对实际情况进行分析，可以了解到在运行状态下，锅炉内部的补给水率、补给水Fe 的含量以及每个清洗周期内，随着补给水进入到系统当中的Fe 3O 4含量。

防止氧化皮产生和剥落的实践与经验谭占臣发布时间：2021-11-08T07:35:54.392Z 来源：基层建设2021年第24期作者：谭占臣[导读] 超临界机组蒸汽温度的提高，锅炉受热面的材料等级也逐步向高等级方向发展，高温受热面管T23、T91和TP347H等材料的蒸汽氧化及由此产生的一系列问题日益引起关注国能铜陵发电有限公司安徽铜陵 244000摘要：超临界机组蒸汽温度的提高，锅炉受热面的材料等级也逐步向高等级方向发展，高温受热面管T23、T91和TP347H等材料的蒸汽氧化及由此产生的一系列问题日益引起关注。

氧化膜的剥落将引起锅炉爆管，同时损害汽轮机叶片、污染凝结水，并成为热力设备易结垢部位的沉积物。

如何有效减缓氧化膜的生成和脱落是预防此类事故发生的关键所在。

关键词：氧化皮；产生；剥落；过热器；再热器；原因；措施1 引言随着蒸汽温度和压力的提高，超临界锅炉的效率在大幅度提高，供电煤耗大幅下降。

但提高蒸汽参数的同时也遇到了一些技术难题，主要是金属材料在高温、高压下的性能问题，尤其是材料的抗高温腐蚀和高温蒸汽氧化能力。

伴随着超临界机组蒸汽温度的提高，锅炉受热面的材料等级也逐步向高等级方向发展，高温受热面管T23、T91和TP347H等材料的蒸汽氧化及由此产生的一系列问题日益引起关注。

在高温蒸汽的作用下，氧化膜的生成是不可避免的，其剥落取决于膜的临界厚度、温度变化速率等。

氧化膜的剥落将引起爆管，同时损害汽轮机叶片、污染凝结水，并成为热力设备易结垢部位的沉积物[1]。

因此，如何有效减缓氧化膜的生成和脱落是预防此类事故发生的关键所在。

结合国能铜陵发电有限公司（以下简称铜陵公司）机组运行现状，编写了“预防锅炉受热面氧化皮产生和剥落的措施”，以期继续保持本厂锅炉不爆管的良好纪录，为全年扭亏增盈目标再立新功。

2 高温蒸汽氧化对锅炉的影响本厂锅炉的屏式过热器、高温过热器和高温再热器均为立式布置，每级由许多竖立的U形管并列组成。

超（超）临界机组氧化皮生成、剥落机理与防治措施锅炉水/蒸汽流通系统中氧化皮的生成、剥落与沉积主要集中在炉前高压给水系统、水冷壁、过热器、再热器、主汽调门中。

氧化皮的生成、剥落与沉积受温度、压力、蒸汽参数（密度、离子积、介电常数、PH、氢电导率、阴离子含量、比电导率、氧化还原电位）、蒸汽溶氧量、蒸汽含铁量、蒸汽铬酸根含量等多种参数共同控制。

在锅炉不同位置氧化皮的生成、剥落、沉积机理不同，炉前高压给水系统和水冷壁中的氧化皮的沉积主要是流动加速腐蚀所致。

再热器、过热器与主汽调门中的氧化皮形成、剥落与沉积机理更加复杂，总的来说控制蒸汽含铁量、控制蒸汽氧化还原电位、降低蒸汽溶氧量有助于减少氧化皮的形成、剥落与沉积。

图1 电厂系统图一、生成、剥落与沉积原理1.1、氧化皮在炉前和水冷壁中的生成、剥落与沉积机理碳钢在水中不稳定，有腐蚀倾向，只有在钢表面形成稳定的氧化膜后，才能保持稳定。

在不同温度条件下，氧化膜的形成机制不同，其微观结构也不同。

在较低温度条件下形成的磁性铁氧化膜是多孔、疏松的。

在较低温度下，氧化膜的形成分为3步：第一步：Fe的氧化和H+的还原:Fe→Fe2++2e-；2H++2e-→H2；总反应为：Fe+2H2O→Fe2++2(OH-)+H2 (1)第二步：Fe2+和2(OH-)极易发生反应生成Fe(OH)2；Fe2++2(OH-)→Fe(OH)2 (2)第三步：Fe(OH)2被氧化生成Fe3O4；3Fe(OH)2→Fe3O4+4H2O+H2↑由式(1)可见，在较低温度下，氧化膜的形成需要有一定量的铁离子和氢氧根。

钢表面上的铁离子是由腐蚀过程扩散至表面的，而氢氧根则与水的PH值有关。

磁性氧化铁的形成通常受形成和溶解2个反应动力学控制。

任何条件的变化导致此动力学状态改变时，都会影响磁性氧化铁的稳定。

扩散系数和介电常数等因素会综合影响碳钢的腐蚀速率。

图2 给水系统管道腐蚀控制因素根据温度和压力的不同，碳钢表面可以分3个区域：第1个区域是磁性氧化铁稳定区；第2个区域是磁性氧化铁溶解区；第3个区域是磁性氧化铁沉积区。

锅炉高温受热面氧化皮形成机理及防治措施发布时间：2022-01-11T05:17:03.526Z 来源：《当代电力文化》2021年29期作者：侯启聪[导读] 氧化皮是钢铁在高温下发生氧化作用而形成的腐蚀产物，由氧化亚铁、四氧化三铁、三氧化二铁组成。

侯启聪大唐山东电力检修运营有限公司山东青岛 266500摘要：氧化皮是钢铁在高温下发生氧化作用而形成的腐蚀产物，由氧化亚铁、四氧化三铁、三氧化二铁组成。

其中氧化亚铁结构非常疏松，致密性最差极易发生断裂，而四氧化三铁、三氧化二铁结构相对致密，具有一定的保护性关键词：氧化皮；形成原因；防范措施1、氧化皮问题现状及危害锅炉受热面管内氧化皮问题，国际上已经出现和研究了将近50年。

上世纪90年代，超超临界火电机组诞生，蒸汽温度达到600℃ /600℃机组效率达到44-45%，供电煤耗达到280g/kWh，在显示优越经济性的同时，伴随着出现了过热器及再热器氧化皮问题。

亚临界机组正常运行温度（541℃）此时炉内受热面实际温度（ 541℃＋ 50℃＝ 591℃）；超临界机组正常运行温度（571℃）此时炉内受热面实际温度（571℃＋ 50℃＝ 621℃）；经研究蒸汽温度在538 ℃以下，锅炉一般不发生氧化皮剥落的问题，而蒸汽温度在570℃以上时受热面就会发生所生成的氧化皮剥落事故，特别是超临界锅炉不可避免产生氧化皮脱落。

氧化皮主要造成两类安全性问题（1）道的蒸汽侧氧化导致锅炉局部过热，超温爆管，降低机组可用率（2）汽轮机叶片固体颗粒侵蚀（SPE）2、氧化皮生成机理在氧化过程中，金属的氧化是通过氧离子和金属离子的扩散来进行的，金属氧化的本质涉及正负离子的扩散。

正是由于金属及所处反应环境中，离子浓度，化学位，电位的不平衡势差促使了离子的扩散，成为金属氧化的内部原动力。

在高温水蒸气环境下由于蒸汽分解产生的氧分压大于由氧化铁和其他合金氧化物解离产生的氧分压，使得氧离子能比较容易的通过氧化层不断到达内部氧化界面形成铁铬尖晶层，同时金属提供必须的电子和金属离子，从内部扩散穿过氧化层，到达外部界面构成铁磁体层，从而形成初始的双层氧化层。

电厂锅炉高温受热面氧化皮生成剥离机理与运行控制措施发表时间：2020-11-25T08:23:01.450Z 来源：《新型城镇化》2020年17期作者：刘涤[导读] 电厂锅炉高温受热面管道内氧化皮生成、脱落是目前国内机组普遍存在的现象国家能源集团广东公司台山电厂广东 529200电厂锅炉高温受热面管道内氧化皮生成、脱落是目前国内机组普遍存在的现象，其危害巨大主要有以下几个方面：1、受热面脱落的氧化皮堵塞受热面管道，引起堵塞的受热面管壁金属超温，最终导致机组强迫停运。

2、氧化皮的逐渐脱落使受热面管壁变薄，管子强度变弱，直至发生爆管。

3、锅炉受热面管道内脱落的氧化皮随着蒸汽流向汽轮机，由于氧化皮为坚固的固体颗粒，再加上蒸汽的高流速高动能，在流经汽轮机时将严重损伤汽轮机通流部分，导致汽轮机通流部分效率降低，严重时必须更换叶片。

锅炉受热面管道内氧化膜的形成有两个时期，一是在受热面管道制造加工过程中形成，一是在机组运行过程中形成。

制造加工过程中氧化膜的形成是在 570℃以上的高温制造条件下，由空气中的氧和管壁金属相结合形成的。

氧化膜分为三层，由钢表面起向外依次为 FeO 、 Fe3O4 、 Fe2O3。

与内管壁金属基体相连的 FeO 层因为结构疏松，晶格缺陷多，当温度低于 570℃时结构变得不稳定，会分解为Fe3O4 和 Fe，破坏了整个氧化膜的稳定性使其容易脱落。

因此新机组投产前，锅炉一定要进行酸洗，全部去除制造加工时形成的易脱落氧化层，并对受热面管壁进行重新钝化，以利于在机组运行时形成良好的具有保护性质的氧化层。

如果酸洗和吹管两个环节不过关，未彻底将管道内易脱落的氧化膜清除干净，那么在锅炉投运后就很难形成致密的、不易脱落的具有保护性质的氧化膜。

这种易脱落的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，最终形成大量的氧化皮。

高于 570℃受热面管内壁氧化层结构正常运行中高温受热面管内壁生成氧化膜是个自然的过程，在开始时形成速度很快，一旦形成后氧化速度便变慢了，与时间呈抛物线关系。

锅炉受热面氧化皮的形成、剥落及预防机理研究综述发布时间：2021-04-25T14:03:00.990Z 来源：《中国电业》2021年3期作者：吴道财于文翔蔡浩[导读] 本文以华润某电厂2×600MW 超临界机组锅炉高温再热器管屏氧化皮形成、剥落及预防措施为基础开展分析和研究，为其它同类型的火电机组氧化皮的防治提供借鉴意义。

吴道财于文翔蔡浩概述：本文以华润某电厂2×600MW 超临界机组锅炉高温再热器管屏氧化皮形成、剥落及预防措施为基础开展分析和研究，为其它同类型的火电机组氧化皮的防治提供借鉴意义。

关键词：氧化皮；形成机理；剥落原因；预防措施。

1 引言随着我国超（超）临界火电厂技术的不断发展，锅炉受热面的蒸汽温度不断提高。

目前，我国既有蒸汽出口设计温度为570℃左右的超临界机组，也有蒸汽出口设计温度为600℃左右的超（超）临界机组。

据统计，我国各大发电集团因氧化皮剥落而导致管道超温爆管的事件时有发生，如何减缓氧化皮剥落堵塞导致的超温爆管，已成为火电机组锅炉亟需解决的问题。

因此，有必要就高温受热面氧化皮形成、剥落及预防措施开展全面的分析和研究,以便找出综合防治和处理管内氧化皮堆积的有效对策。

2 设备概况华润某电厂两台HG1885/25.4－YM1型超临界锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司设计制造的，该锅炉采用单炉膛、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型布置。

高温再热器管束共计95 屏，每屏为 10 根U 形受热面管，规格为φ51×4.5mm，主要材质为 SA-213TP347H和SA-213T91。

高温过热器管束共计30 屏，每屏为 20 根U 形受热面管，规格为φ44.5×9.5mm，主要材质为 SA-213TP347H和SA-213T91。

屏式过热器管束共计30 屏，每屏为 28 根U 形受热面管，规格为φ38×7.5mm，管子主要材质为 SA-213TP347HFG和SA-213T91。

高温氧化皮的问题探讨和防治梁学斌,何　文,王树伟(天津国华盘山发电有限责任公司,天津蓟县301900)摘　要:随着锅炉运行时间的延长,在锅炉过热器和高温再热器管道内部会逐渐生成氧化皮,氧化皮剥落会堵塞管道引起局部过热,导致过热器、再热器爆管;同时剥落的氧化皮被带入汽轮机,引起固粒侵蚀导致损伤汽轮机叶片,污染水汽品质。

因此采取有效手段在运行中加强对锅炉受热面温度的控制,抑制氧化皮生成和剥落,以及在检修中消除氧化皮的影响,对机组安全运行至关重要。

关键词:氧化皮;温度;剥落中图分类号:T K223.3+2 文献标识码:B 文章编号:100329171(2007)增刊220128203Research and Con trol of H igh Tem pera ture Ox ida tion Sk i nL iang Xue2b in,H e W en,W ang Shu2w ei(T ianjin Guohua Panshan Pow er Generati on Co.L td.,J ixian301900,Ch ina)Abstract:W ith the extensi on of bo iler operati on ti m e,oxidati on sk in could be found bo th in the super heater of bo ilers and the p i peline of h igh-temperature re2heaters.If the oxidati on sk in flakes off,the p i pelines could be blocked,and part of the p i pelines w ould be over-heated,p i pelines of super heaters and re2heaters could be burst.M eanw h ile,if the oxidati on sk in gets into the steam turbine,the turbine blade m igh t be dam aged due to so lid ero si on,and the w ater vapo r can be po lluted.T hus,it is essential fo r the safe operati on of the units to take effective m easures to contro l the temperature of bo iler be-heated surface during operati on,to inh ibit the generating of oxidati on sk in,and to remove the effect caused by oxidati on sk in in reparati on.Key words:oxidati on sk in;temperature;flak ing off0　机组概况天津国华盘山发电有限责任公司(下称盘电)1、2号锅炉是俄罗斯波道尔斯克奥尔忠尼启泽机器制造厂制造的Пп216502252545∗3(П276)型直流超临界参数锅炉,与列宁格勒金属制造厂的K2500224024型汽轮机配套,炉体为单炉膛,炉膛横断面尺寸为23×13.8m。