電站鍋爐高溫受熱面管內壁氧化皮形成機理和預防方法

孫佰泉

摘 要：隨著經濟的進步與城市建設的推進，國家對于電力的需求日益上升。在這樣的環境背景下，為了能夠有效滿足節能與環保需求，就要求我國的火力發電機組必須要向著大容量、大參數的方向發展。本文通過研究鍋爐高溫受熱面管內氧化皮形成與剝落過程，從而提出減少鍋爐高溫受熱面管內氧化皮的產生措施，避免因氧化皮剝落堵塞管道引發爆管。

關鍵詞：電站鍋爐；高溫受熱；氧化皮；形成機理；預防方法

1 電站鍋爐高溫受熱面管內壁氧化皮形成機理

（1）厚氧化膜。簡單來說，所謂的厚氧化膜指的主要是厚度>200nm的氧化膜。在高溫氧化的環境當中，當金屬生成一種比較均勻并且致密的厚氧化膜時，其因為濃度梯度所形成的遷移，通常要比電場作用之下所產生的離子遷移大。一般情況下，相應的氧化速度主要是由氧化膜內的傳質過程所控制的。就針對于在鐵-氧化層-氧體系來說，其主要存在兩個重要的界面：其中一個是氧化層-氧界面，而另一個則是鐵-氧化層界面。為了能夠讓反應得以繼續，就要求其必須要有一、兩個反應物穿過氧化層，然后在此發生反應。

（2）薄氧化膜。事實上，所謂的薄氧化膜，其實指的就是厚度在10～200nm的氧化膜。在整個氧化過程當中，因為氧化膜厚度的增加，其中所存在的電場強度將會進一步減弱，使得離子難以遷移，導致氧化膜的厚度慢慢增加，而其幅度則將會不斷減小，甚至還會出現停止增厚的情況。從根本上來講，金屬氧化的速度，主要還是由離子遷移與傳質的過程共同決定的，并且，其主要是以遷移慢的為相應的控制步驟，其氧化動力學規律將會受到動力學的影響決定，在這樣的情況下，氧化膜的形成就可以被分成以下兩步：

（3）極薄氧化膜。簡單來說，所謂的極薄膜指的就是那些只有幾個納米的氧化膜。從根本上來講，因為氧化膜太薄，其在氧化與氧化還原的過程中，氧化膜當中所形成的電場將會變得非常強大，在這樣的情況下，因為受到電場的作用，導致離子所產生的遷移，將會大于因為濃度梯度而形成的遷移，所以說，我們可以忽略后者所產生的作用。此外，金屬的氧化速度，主要是由電子的遷移速度和金屬離子的速度所決定，在這當中，遷移較慢的通常是控制步驟，其氧化動力學規律主要是由自身的動力學所決定的。

2 電站鍋爐高溫受熱面管內壁氧化皮的預防方法

2.1 避免超溫和減小熱偏差

對于管內壁氧化膜的生長而言，溫度是影響其速度的一個根本因素。從本質上來講，蒸汽的額定溫度越高，其所產生的超溫幅度也就會越高。并且，如果其時間越長，那么其氧化膜的實際生長速度也就會變得愈快，在這樣的情況下，氧化膜到達剝落臨界厚度所需要用到的時間也就會越短。因此，我們需要強化對溫度的檢測，并嚴格禁止出現鍋爐超溫運行的情況。在鍋爐的實際運行過程中，要求過熱器出口的蒸汽溫度應當不能有超過5℃的偏差，而屏式過熱器與再熱器出口的偏差則要在10℃以內，與此同時，要求其在實際的運行過程中，必須要根據相關的溫度高點，來對蒸汽溫度加以控制。此外，在實際的鍋爐運行過程中，為了能有效避免出現受熱面超溫的問題，需要我們將一、二級減溫水和再熱器煙氣擋板放在能夠進行調節的中間位置上，并且，要求再熱器的事故減溫水必須要始終處于備用的狀態中。

2.2 鍋爐設備選材

不管是奧氏體還是在鐵素體材料上，都曾經發生過氧化皮剝落的現象，并且，不同的材料在剝落與抗氧化上都存在一定的差別。一般情況下，材料當中的Cr含量增加，將會幫助其實現金屬抗氧化能力的提升，并以此來降低氧化皮剝落的發生率。因為受到整齊流程布置與受屏區結構的影響，導致屏間存在著較大的熱偏差。因此，我們可以對高溫區當中的T23管進行合理的更換，并將其轉換成更高材質的管子，從某種意義上來講，該方案對于投資來說相對節省，不過，在實際的運行過程中，其依然要采取一定的措施，來對壁溫加以控制，以此來避免其出現超溫的問題。

2.3 控制溫度周期性波動和變化速率

在機組的運行過程中，需要氣門對受熱面的溫度變化率進行合理的控制。通過對熱工自動控制系統的優化與完善，來適當控制系統溫度的周期性波動速率與幅度。在機組的實際運行過程中，要求正常的升降負荷速率應當在10MW/min以內，并且，若因為升降負荷的擾動，而使得其波動率在5℃/min以上，則需要對機組的升、降負荷速率進行適當的降低，或者是直接暫停升降負荷，一直到穩定之后，才能夠對其進行相應的負荷變動操作。此外，若因為故障問題，導致機組出現緊急停機問題，那么，爐膛在通風10min之后，就需要立即停止送、引風機的運行，以此來避免受熱面的溫度出現過快的降低問題。

3 結語

總而言之，從本質上來說，在實際的工況下，工質水動力特性的變化，將會非常容易導致電站鍋爐的傳熱特性發生一系列的變化，并進一步出現管內壁的氧化腐蝕問題。因為氧化皮如果出現剝落，將會使得鍋爐的受熱面發生堵塞，并因此而導致蒸汽的流通截面積變小，從而出現超溫爆管的問題，對于鍋爐管道的運行與安全性等產生重要的影響。因此，我們必須要對電站鍋爐高溫受熱面管內壁氧化皮形成機理進行更加深入的研究，并采取有效的措施來對其進行合理的預防與診治。

參考文獻

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