超超临界锅炉氧化皮的产生和防治.doc

超超临界锅炉氧化皮的产生和防治随着机组容量越来越大，蒸汽参数越来越高，金属在高温环境下不断产生氧化皮。并伴随氧化皮剥落堆积，造成管壁超温并最终导致锅炉四管爆漏事故。因此氧化皮的产生和剥落是影响机组安全稳定运行因素之一。一、氧化皮生成的原因由于高温高压蒸汽具有氧化性，从400℃以上开始具有较强氧化性，500℃-700℃具有最强氧化性，600℃以上氧化速度加快。500℃以上，奥氏体钢就与水蒸汽发生反应生产氧化层，570℃以上，氧化层中增加了FeO相，材料氧化速度加快。在600℃-620℃之间，金属氧化速度存在突变点，氧化层迅速增厚，氧化层达到一定厚度，运行条件变化时，容易导致氧化层脱落，成为氧化皮。氧化皮是高汽温参数带来的副产物。氧化皮基本是双层结构，内外层厚度相当，外层主要是疏松结构的Fe3O4，内层为致密结构的(FeCr)3O4,其中Cr含量随金属不同而不同。奥氏体钢只脱落外层氧化皮，内层不易脱落。铁素体钢内外两层都易脱落，管壁内部运行一段时间容易形成新的氧化皮，造成反复的形成和反复的脱落。在机组实际运行过程中，锅炉高温过热器、高温再热器长期处于高温状态下，管壁出现短时超温是比较常见现象。在长时超温和短时超温情况下，管材抗氧化能力大大降低。加快氧化皮的生产和发展。二、氧化皮的危害氧化皮的产生和剥落对机组运行的危害：氧化皮剥落阻碍管内蒸汽流动，使壁温大幅升高，金属蠕变胀粗，造成锅炉受热面管壁超温爆管。（2）氧化皮的绝热作用引起受热面管金属壁温上升，影响管材寿命。（3）氧化皮对汽轮机产生固体颗粒侵蚀，造成调门、喷嘴和叶片侵蚀损坏。（4）氧化皮产生容易造成主汽门卡涩，机组停运造成主汽门关闭不严，威胁机组安全运行。（5）氧化皮剥落容易堵塞疏水管，威胁机组安全运行。（6）氧化皮剥落造成汽水污染，严重影响汽水品质。三、氧化皮剥离的原因、条件及机理（1）原因：由于氧化皮的膨胀系数与碳钢和低合金钢接近，但是奥氏体钢的膨胀系数要比氧化皮大很多,大幅度的温度变化将导致金属内应力增大而使氧化皮剥离。氧化皮的剥离有两个主要条件:一是氧化皮达到一定厚度;二是管壁温度变化幅度大、速度快、频度大,导致的母材基体与氧化皮或氧化皮层间应力达临界值而脱落。氧化皮的剥离机理:机组运行蒸汽温度超过该材质氧化皮快速增长的温度水平,氧化皮更容易形成。氧化皮性质脆硬,与基体钢材膨胀系数差异大,尤其是与奥氏体钢。管内温度与压力的波动容易造成氧化皮与基材之间的应力超过限度,氧化皮开始脱落。如果停炉,蒸汽冷凝后在受热面的弯管处积存,与脱落的氧化皮粘接在一起,再启动,工质流量不大,不能冲走,容易发生爆管。机组在实际运行中，启停是比较频繁的。由于大部分都是调峰机组，机组负荷经常变化，造成管壁温度变化幅度大，速度快，较频繁，管内氧化皮剥落速度较快。四、氧化皮的预防措施为了能够减少和防止氧化皮的产生，从设计阶段、调试阶段、投产运行阶段采取防治措施。（一）机组设计阶段措施1.锅炉受热面材料选择1.1应高度重视新型耐高温材料特性，特别是其高温抗氧化性、材料组织老化规律，以及新材料使用的安全裕度等。锅炉不同区域受热面金属材料应根据其承受温度、应力及工况变化，预留足够的安全裕度，进行科学合理的选择（郓城公司主蒸汽管道和一、二次热再热蒸汽管道、高过、高再出口集箱首次采用国内自主研发新材料马氏体耐热钢G115，其中管道壁温不超过660℃，集箱壁温不应超过650℃）。1.2锅炉受热面选用T23管材时，其使用区域的管壁温度不应超过570℃，且汽温不应超过540℃。1.3锅炉受热面选用T91管材时，其使用区域的管壁温度不应超过600℃，且汽温不应超过570℃（郓城公司锅炉水冷壁首次采用马氏体耐热钢SA-213T91）。1.4锅炉高温过热器及高温再热器宜选用细晶粒奥氏体不锈钢TP347HFG或同类材料。若采用粗晶粒奥氏体不锈钢TP347H时，则管材内壁宜进行喷丸处理，以提高其抗氧化性（郓城公司高温受热面部件首次采用新材料奥氏体耐热钢Sanicro25，壁温不超过700℃）。2.锅炉点火技术的选择2.1根据目前部分电厂使用情况，采用等离子点火方式存在点火初期燃料量难以控制，锅炉温升过快，以及在主蒸汽流量很低的情况下需要投入减温水等问题，易造成锅炉启动期间受热面氧化皮脱落、堵管等情况。因此新建超临界锅炉选用等离子点火技术时应进行充分论证。3.锅炉管壁温度测点设置3.1壁温监测对预防锅炉管超温、爆管具有重要指导作用，新设计锅炉应充分考虑机组正常运行时对锅炉管金属壁温的监测，确保测点布置科学合理，监测数据准确、可靠3.2对超临界锅炉的过热器、再热器高温段应有完整的管壁温度测点，根据炉型不同测点数应达到20～30%，尤其应加强对锅炉管易超温管段的监视，防止超温爆管（经过调研日照电厂2013年连续爆管4次，末过3次，