氧化皮的形成机理.doc

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1、过热蒸汽管道内氧化膜的形成分为制造加工和运行后两个阶段。过热蒸汽管道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，由空气中的氧和金属结合形成的。该氧化膜分三层，由钢表面起向外依次为FeO﹑Fe3O4﹑Fe2O3。试验表明：与金属基体相连的FeO层结构疏松，晶格缺陷多，当温度低于570℃时结构不稳定，容易脱落，或在半脱落层部位发生腐蚀。因此，在新锅炉投产前，一定要对锅炉进行酸洗，全部去除制造加工时形成的易脱落氧化层，然后重新钝化，以利在机组运行时形成良好的氧化层。同时，在基建调试期间也可以考虑对过热器和再热器管道进行加氧吹扫，将易脱落的氧化层颗粒冲掉

2、的同时加速形成坚固的氧化层，否则，在投运后会产生严重的氧化皮问题。在450℃～570℃，水蒸汽与纯铁发生氧化反应，生成的氧化膜由Fe2O3和Fe3O4组成，Fe2O3和Fe3O4都比较致密，可以保护或减缓钢材的进一步氧化。在570℃以上，水蒸汽与纯铁发生氧化反应，生成的氧化膜由Fe2O3、Fe3O4、FeO三层组成，FeO在最内层，FeO是不致密的，破坏了整个氧化膜的稳定性，氧化膜易于脱落。因此，过热蒸汽管道内壁在运行后所形成的氧化膜可分为两种情况：(1)如果在锅炉投运之前，通过严格的酸洗和吹管两个环节，将金属管道内壁易脱落氧化层彻底清除干净，吹扫过程中或整机调

3、试的初期，当锅炉运行在亚临界低参数工况下（此时温度不会超过570℃），使管道内壁形成致密的、不易脱落的氧化膜（由Fe2O3和Fe3O4组成，这种氧化膜和金属的基体结合很牢固，只有在有腐蚀介质和应力条件下才会被破坏）。当日后机组运行于超临界工矿下，温度超过570℃时，这种氧化膜可以保护或减缓钢材的进一步氧化，同时自身也可以相对长期地保留。采用加氧运行，可加速形成上述氧化膜。如果在锅炉投运之前，酸洗和吹管两个环节不过关，未将金属管道内壁易脱落氧化层彻底清除干净，则投运后很难形成致密的﹑不易脱落的氧化膜。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→

4、再氧化，最终形成大量的氧化皮。什么是氧化皮超临界机组氧化皮问题，是具体管材在高温、特别是超温情况下，由水蒸气氧化生成氧化层，在达到一定厚度形成氧化皮后，主要由于快冷等原因造成大面积集中脱落，大量堆积使管内蒸汽流量减少或者中断，管内蒸汽冷却效果变差，导致再超温和短期过热爆管。超温和快冷，不精确控制和不规范操作，是伴随氧化皮问题而存在的三包胎兄弟。在机组停运时，尤其高负荷非停后，特别发生过超温后非停，客观又由于风机等原因造成锅炉快冷，则管内氧化皮会大面积集中脱落，就会发生局部堵管和再次启动发生短期超温爆管事故。氧化皮的危害目前国内已投运的超/超超临界机组普遍存在严重

5、的氧化皮问题，其危害巨大，主要表现在以下几个方面：(1)氧化皮堵塞管道，引起相应的受热面管璧金属超温，最终导致机组强迫停机。(2)长期的氧化皮脱落，使管壁变薄，强度变差，直至爆管。(3)锅炉过热器﹑再热器﹑主蒸汽管道及再热蒸汽管道内剥落下来的氧化皮，是坚硬的固体颗粒，严重损伤汽轮机通流部分高/中压级的喷嘴﹑动叶片及主汽阀﹑旁路阀等，导致汽轮机通流部分效率降低，损伤严重时甚至必须更换叶片。(4)检修周期缩短，维护费用上升。(5)一些机组为了减缓氧化皮剥落，采用降参数运行，牺牲了机组的效率。(6)上述各种情况导致机组运行的安全性﹑可靠性及经济性均大幅度降低。氧化皮的

6、脱落过热器、再热器内壁的氧化层脱落有二个主要条件：一是垢层达到一定厚度（临界值）；二是母材基体与氧化膜或氧化膜层间应力达到临界值。随着氧化膜厚度的增加，其发生脱落的几率越大。在机组运行期间，过热器管和再热器管表面氧化层会逐渐增厚。当管壁超温时，过热器管和再热器管表面氧化层会迅速增厚，由双层结构变成多层结构。当氧化皮增长到一定的厚度时，由于温度变化等因素的影响，就会出现氧化皮的脱落现象。氧化皮问题防止氧化皮脱落是不现实的，关键在于防止大面积集中脱落导致堵塞爆管。措施主要有几个方面：1.防止超温运行，特别是热偏差较大管屏的个别管超温；方法是加装炉内外壁温测点，进行热

7、偏差试验，寻求降低热偏差原因，针对性调整。2.控制温降速度，特别是机组启动、停运期间温降速度。3.加强机组停运时检查检验。特别指出，氧化皮问题并不能通过简单的更换高一级别的管材而达到解决。