工业锅炉高温受热面氧化皮堵管成因及应策

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1、工业锅炉高温受热面氧化皮堵管成因及应策摘要：工业锅炉高温氧化皮脱落后会在末级处堆积，这会减少了管道的流通截面，造成堵管进而发生管道爆管。为此，笔者在论述高温受热面氧化皮发生、脱落、堆积的成因的基础上，有针对性的采取了应对措施，使由于高温受热面氧化皮脱落而发生堵管的现象大大减少，有效保证了机组的运行安全性，可供参考。关键词：工业锅炉；高温氧化皮；堵管；脱落；堆积;成因；应对策略中图分类号：TM62文献标识码：A随着锅炉高温过热器和高温再热器出口温度的提升，原髙温受热面采用的低合金耐热钢材料已不再能满足锅炉超高温运行

2、工况要求。因此，高合金奥式体材料在超临界和超超临界锅炉上开始广泛应用。然而，髙温下奥式体钢管内壁不可避免的被水蒸气氧化，锅炉长时间运行氧化膜生长形成一定厚度的氧化皮，因氧化皮和钢管基材存在较大的膨胀系数差，在停炉冷却过程中氧化皮受应力作用脱落、堆积堵塞受热面管，如检查清理不彻底，就会造成锅炉再次启动后超温爆管。为了防范爆管情况的发生，就必须减少和避免氧化皮脱落及堆积。1金属蒸汽氧化腐蚀机理高温蒸汽管道内壁生成氧化膜是自然过程，开始氧化膜形成的很快，一旦膜形成后氧化速度减慢。但随着运行时间加长，在高温高压剧烈波动条

3、件下，由于基材和氧化皮热膨胀系数的不同，金属表面的氧化膜会产生裂纹，裂纹的存在使得基体金属直接暴露于氧化环境中，加速了氧化进程，氧化层也向双层、多层发展。高温金属材料SA-213TP347H为奥氏体不锈钢，当奥氏体不锈钢长期处于高温、髙压水蒸汽中时，管子内壁也会氧化。Cr的活性较高，在氧化初期阶段，管子内表面会生成很薄的Cr203氧化膜，这层膜可以阻止管子内壁的进一步氧化,但只有Cr含量高达20%时，合金表面才会生成致密的氧化膜。随着时间的增长，氧化膜以下的基体相应发生Cr的贫化，在温度、压力剧烈波动情况下，外层

4、氧化皮出现细微的裂纹,Fe向氧化膜外扩散，大大恶化了其高温下抗氧化能力，氧化速度加快，氧化层也开始向双层、多层发展。不锈钢虽然抗氧化能力较强，但在高温时，温度、压力剧烈波动条件下，由于氧化膜的破裂，氧化速度亦是很快的。多年研究表明，蒸汽氧化与材质的晶粒度有关，SA-213TP347H材质要求晶粒度在7级以上才能生成Cr203型氧化膜，但目前管材(TP304H.TP347H)的晶粒度多在4-6级，晶粒度等级低，无法生成Cr203保护氧化层。2氧化皮的脱落氧化皮的脱落有两个主要条件：(1)氧化层达到一定厚度，通常不锈

5、钢为0.1mm,钻卒目钢为0.2〜0.5mm；(1)温度变化幅度大，速度快，频率高。氧化皮的脱落主要是由于氧化皮与金属基体的热膨胀系数不一样造成的。SA-213TP347H钢材的膨胀系数在(1-20)X10-6/°C,而氧化铁的膨胀系数在9.lX10-6/°Co由于热膨胀系数相差一倍，在温度升高时，氧化皮受拉应力，温度快速降低时，氧化皮受压应力，所以温度剧烈或反复变化时很易产生裂纹以至于脱落。相对于珠光体钢和马氏体钢(热膨胀系数(12-14)X10-6/°C)热膨胀系数与氧化皮比较接近，脱落的几率相对少，这就是为

6、什么TP347H氧化皮更容易脱落的原因。高温氧化遵循抛物线规则，由于TP347H管的氧化皮的热膨胀系数与基体材料的热膨胀系数有较大的差异，在锅炉快速启停时，氧化皮容易脱落(几微米就可脱落)，脱落后使基材暴露在蒸汽中，而抛物线特性为初始氧化速度极快,导致反复脱落，反复氧化，氧化速度加快。脱落的氧化皮会堆积在管内，使该管蒸汽流量减少，管壁温度升高，更加快氧化进程。3氧化皮堆积的成因脱落的氧化皮在U型弯的底部停滞，由于机组启动时蒸汽流量较少，无法将其带走。脱落的氧化皮不断地积聚，到一定数量时，即使负荷较高时，也无法将其

7、带走，慢慢地堵塞管子，造成管壁超温。停炉冷却过程中，部分蒸汽凝结成水，积于U型管底部，淹没了脱落的氧化皮，随着U型管底部积水的逐渐蒸发，氧化皮一层紧贴一层，积聚成核状，堵死管道的流通截面。4应对氧化皮产生、脱落、堆积策略为保证锅炉安全运行，防止出现爆管情况，一是预防氧化皮的产生，二是预防氧化皮脱落，三是预防氧化皮堆积。4.1应对氧化皮生成的策略(1)严格按机组运行规程规定的锅炉上水水质，控制上水速度8%BMCR流量左右，上水温度与汽水分离器壁温差500ug/1时，清洗水经疏水扩容器排地沟或循环水系统不回收；在贮水

8、箱排水Fe<500ug/l,一般在200〜300ug/1时才排入凝汽器循环。在给水操纵台前疏水管排水Fe<200ug/1时，锅炉开始上水，可以进行冷态清洗。冷态清洗结束后，锅炉点火，进行热态冲洗，在水冷壁出口水温升高至18CTC左右进行热态清洗，冷态启动在0.5〜0.7MPa压力下发生汽水膨胀，热态清洗应该在汽水膨胀结束后进行。这一过程是清洗Fe过程，必须严格按照规程要求