超超臨界鍋爐高溫受熱面氧化皮脫落與治理

楊豐收

（安徽淮南平圩發電有限公司，安徽 淮南232000）

1 引言

現階段，隨著超臨界鍋爐和超超臨界鍋爐的大面積投入使用，其故障和安全問題也受到越來越多人的重視。超超臨界鍋爐高溫受熱面的氧化皮問題對鍋爐本身的危害非常大，不僅會引發鍋爐爆管，同時還會導致鍋爐的傳熱能力下降，汽輪機出現固體顆粒侵蝕的現象，如果長期無法解決的話則會造成汽門卡澀、葉片損壞等問題，進而導致鍋爐無法正常使用。因此，電廠相關技術維修人員要深入剖析氧化皮產生的具體原因以及脫落特性，從整體和細節角度同時出發，切實解決鍋爐氧化皮的相關問題，使超超臨界鍋爐始終處于穩定的運行狀態當中。

2 超超臨界鍋爐高溫受熱面氧化皮脫落的危害

超超臨界鍋爐高溫受熱面氧化皮發生脫落之后，后屏過熱器會發生堵塞的現象，同時導致在末級過熱器和高溫再熱器U 型管的彎頭位置的蒸汽流通不暢[1]，從而引發超溫爆管的現象。鍋爐機組在啟動的過程中，后屏過熱器和末級過熱器當中脫落的氧化皮對高旁門的密封性會產生一定的影響。脫落的氧化皮還會堵塞主蒸汽和再熱蒸汽管道疏水管路，使疏水閥門的調節能力下降，閥門會因此而出現內漏的現象，閥門后管道和彎頭也會因此而受損，最終引發爆管現象，對鍋爐機組和人身安全造成嚴重的破壞。

此外，脫落的氧化皮碎片與蒸汽進行混合，會導致高壓主氣閥的密封面、閥桿以及閥套位置發生嚴重的磨損現象，長此以往會引發主汽門的卡澀。這些氧化皮碎片還會對汽機噴嘴和葉片造成破壞，對末級葉片的損害尤為嚴重，對水汽品質也會造成一定的影響。通過上述影響分析可以看出，氧化皮脫落對于超超臨界鍋爐機組的危害是非常巨大的，其中最為嚴重的問題就是超溫爆管現象，相關技術人員在綜合治理過程中要密切關注這一點，通過系統化的維修體系，避免超溫爆管的現象發生。

3 超超臨界鍋爐高溫受熱面氧化皮脫落的原因分析

3.1 氧化皮的形成及影響因素

超超臨界鍋爐高溫受熱面當中的氧化膜主要是熱面管材當中的Fe 和蒸汽在高溫和高壓反應下所生成的一種物質。從性質上來看屬于由Fe3O4、Fe2O3、FeO 混合形成的一種鐵基類氧化物。在氧化進程的逐步發展下，氧化層從先前的原基體界面向外進行拓展，從而形成質地非常緊密的Fe3O4，在氧化過程的末段會在最外層形成一種質地較薄的Fe2O3[2]，這種內外分層式的氧化皮是超超臨界鍋爐高溫受熱面氧化反應所生成的主要物質。氧化皮當中的Fe3O4和Fe2O3性質較為穩定，一般情況下不會發生脫落現象，但是氧化皮當中的FeO 存在一定的不穩定性，結構較為疏松，晶格在高溫作用下非常容易產生缺陷，從而發生脫落現象，對氧化層的整體穩定性造成影響。據相關試驗數據顯示，當鍋爐受熱面的溫度在570℃左右時，內層氧化膜的成分主要是Fe3O4和Fe2O3，一旦溫度超過580℃，氧化膜當中就會產生大量的FeO，從而造成氧化皮的脫落。

3.2 氧化皮的脫落及影響因素

通過上述對氧化皮形成機理的分析可以得知，溫度是導致氧化皮發生脫落現象的關鍵性因素。為進一步證實這一點，在實際工作中對超超臨界鍋爐機組當中的對屏式過熱器和高溫過熱器進行細致的觀察，觀察發現，底部彎頭的位置的氧化皮堆積現象不是非常嚴重，經過測量管內的蒸汽溫度始終保持在550℃之下，而高溫再熱器的一些管屏當中氧化皮脫落的現象較為嚴重，經過測量溫度始終在600℃之上，這樣就進一步證實了溫度對氧化皮脫落的決定性作用[3,4]。

為了對氧化皮脫落的原因進行深度剖析，對屏式和高溫過熱器管道、高溫再熱器管道進行了壓力對比測試，經過測試發現，屏式及高溫過熱器的管道壓力數值為24MPa，高溫再熱器的管道壓力為4MPa，高溫再熱器當中脫落的氧化皮數量更多。因此，壓力過低同樣會導致再熱器管道當中出現氧化皮脫落現象，溫度和壓力可以說是影響氧化皮脫落的兩大重要因素，在實際處理工作中也要從這兩方面因素出發進行綜合性治理。

4 超超臨界鍋爐高溫受熱面氧化皮脫落的治理策略

4.1 預防氧化皮產生的治理策略

在超超臨界鍋爐實際運行的過程中，相關技術人員要通過適當的調整措施，降低金屬當中的熱偏差，對蒸汽壓力和蒸汽溫度進行有效控制，從而減緩氧化皮的生成速度，從源頭上避免氧化皮脫落的現象發生。

從具體措施來看，相關技術人員要對超超臨界鍋爐的主熱氣溫度和再熱氣溫度進行嚴密把控，杜絕蒸汽超溫的現象發生，同時要對燃燒狀況進行適度地調整，防止爐膛當中出現溫度偏差引發超溫現象。如果在鍋爐運行過程中發現個別管道出現超溫現象，技術人員要提升運行調整的力度，在必要的情況下可以降低蒸汽溫度來控制氧化皮的生成。此外，工作人員要依照高溫受熱面管壁的溫度進行受熱面吹灰工作，避免燃燒波動對蒸汽溫度產生影響。最后，技術人員需要對DCS 控制方式進行優化，根據實際情況對AGC 負荷變化率進行調整。

4.2 預防氧化皮脫落、聚積的治理策略

在氧化皮脫落的預防工作中，技術人員要重點把控氧化皮和基體材料二者之間的熱膨脹系數差異，防止氧化層當中產生大量的應力。同時需要嚴格把控鍋爐機組的負荷變化情況，防止恒定溫度變化導致氧化皮產生裂紋并脫落。當氧化皮的厚度過大時，氧化皮的彈性應變會因此而減小，這時技術人員要對氧化皮進行及時地清理，防止氧化皮由于彈性應變減小而產生脫落。此外，基體的幾何形狀同樣會對氧化皮的脫落產生明顯的影響，技術人員需要對基體的缺陷進行調整，例如管徑過線、內壁圓度不足以及內壁的宏觀缺陷等，在硬件角度上防止氧化皮脫落的現象發生。

針對于氧化皮的聚積現象，技術人員一般都會采用吹掃的方式進行處理。當機組啟動時，技術人員要充分利用蒸汽的攜帶原理，將管道當中沉淀的氧化皮進行清理。在機組沖轉之前，技術人員需要將主汽壓力控制在5MPa 以下，保持主汽溫度在350～400℃區間內，蒸汽壓力要始終保持在1.2MPa 以上。在參數確定時，技術人員要根據實際的運行情況適當地提升熱負荷，通過穩壓沖洗的方式來清理聚積的氧化皮。在沖洗工作中，化學技術人員要階段性地對蒸汽和凝結水的品質進行取樣分析，當介質中的Fe2+含量從低到高，再降至低水平線時，即可開展機組的并網工作。

5 結語

超超臨界鍋爐當中的高溫受熱面氧化皮脫落現象對鍋爐機組的運行造成嚴重的不良影響。鑒于這種情況，相關技術人員要深度掌握氧化皮產生和脫落的具體原因，從氧化皮的產生、氧化皮的脫落以及氧化皮的清理角度入手，及時有效地處理問題，最終使超超臨界鍋爐機組的運行狀態保持穩定，為生產工作提供充分的保障。