超临界锅炉受热面管内氧化皮的防治措施研究

崔志光，刘红权

(国电科学技术研究院，江苏南京 210031)

在电站锅炉生产安全事故中，受热面管的爆漏损坏事故是最为严重和常见的，一般占锅炉事故的70%以上;火电厂锅炉的“四管”爆漏引起的非计划停运占机组非计划停运事件的40%左右［1－3］;正常情况下，因“四管”爆漏而损失的发电量占全部事故少发电量的50%以上。近几年来，超临界机组中，因氧化皮堵塞过热器、再热器管，而造成爆管泄漏的事故，有上升趋势，是影响超临界机组安全运行的主要因素之一［4－5］。

1 受热面管内壁氧化皮产生、脱落原理

超临界锅炉运行温度高，受热面作为高温高压部件，因其恶劣的运行环境，造成了管材的氧化腐蚀。在机组运行过程中，受热面管的腐蚀是由低氧压环境下的氧化和水蒸汽氧化造成的，以水蒸汽氧化为主，水蒸汽能显著加速Fe、Cr等合金的氧化速度，导致管壁有效厚度的减少，管壁的应力也相应增加;受热面管形成内壁氧化皮，其导热系数仅为母材的十几分之一，恶化了管材的传热性能，因此容易导致受热面管超温运行。由于氧化皮的存在导致管壁温度上升，这就说明了尽管运行温度并不发生超温，但此时受热面管的工作温度已经超过管材额定温度上限，造成受热面管长期超温运行;当内壁氧化皮增长到临界厚度以上发生剥落，随后开始新的氧化腐蚀循环。

受热面的氧化腐蚀与温度、时间、氧气含量、蒸汽压力和流速、钢材成份、氧化皮成份等因素有关。通常认为:温度越高，时间越长，介质中氧的分压越高，流速越快，氧化皮生成速度越快。一旦氧化皮堆积量影响管内部介质流通，将很快导致过热爆管。

2 运行工况对氧化皮的影响

在高温蒸汽运行工况中，奥氏体钢在前1000h都迅速氧化;在1000h后氧化速度减缓;在2000h后氧化速度基本稳定。温度越高，氧化越快，氧化量高峰期来的越早，氧化皮越容易脱落。超临界机组正常运行温度为571℃，奥氏体钢氧化高峰期应在15000h左右;国内机组氧化高峰期最早的在3100h左右，在650℃温度运行时，奥氏体钢氧化高峰期应在2000h左右。

3 案例分析

某公司2号锅炉为超临界600MW锅炉，型号为HG－1913/25.4－YM7，于2009年4月20日正式投入商业运营，2011年4月大修，其间启停6次，共运行14800h。

在对末级过热器管检测的过程中，共检测570个，发现氧化皮堆积最大高度约占管内径的90%;氧化皮堆积最大高度占管内径30%及以上的弯管65个，约占全部管数量的11.4%;占管内径50%及以上的弯管34个，约占全部管数量的5.9%。其中，夹持管内氧化皮堆积较高，特别是7号位夹持管测试数据较大，需要割管清理。

4 减少氧化皮引起的超温、爆管措施

4.1 机组运行措施

机组运行期间，影响氧化皮脱落有两个主要因素:一是氧化层达到临界脱落厚度及以上;二是在启、停炉和变工况下，温度变化幅度大、速度快、频度多，氧化膜各层之间和氧化膜与基体金属之间的热应力造成氧化皮分离、脱落。根据这两个主要因素，应从以下几个方面制定出防范措施:

(1)严禁锅炉超温、超负荷运行。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℃;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℃。

(2)在机组启、停和快速变负荷时，升降温度、压力要平稳，严格控制升温和冷却速度，避免过快的温度变化，造成氧化皮的脱落。

(3)运行人员应认真搞好燃烧调整，防止出现风速过高、热负荷过分集中、燃烧中心不合适、烟温偏差大导致的受热面管超温，防止氧化皮快速生长。

(4)操作减温水时，其投停和调节应尽量平稳或小幅操作，防止减温水量脉冲式变化;低负荷时，尽量不投减温水;减温水的使用应以一级粗调、二级微调为原则;防止汽温、壁温大幅波动。

(5)应尽可能减少锅炉启停次数，尤其应避免短时间内多次启停。避免紧急停炉、强迫快速冷却，防止壁温大幅快速下降，停炉后要尽量增加锅炉保温时间。

(6)机组启动过程中，高、低压旁路尽可能开大，使过热器、再热器有较大的通流量;汽机冲转前可以适当提高蒸汽参数，利用高、低压旁路对过、再热器进行冲洗。

(7)对于已发生大面积氧化皮脱落的锅炉，可以适当降温运行，降温幅度以管壁温度不超过限值为基准。

4.2 检测、检修措施

(1)利用每次停炉机会对末级过热器和末级再热器进行宏观检查，对发现问题部位及监测超温部位，应安排末级过热器高温段出口弯头的射线或超声检测，对堆积氧化皮的弯头进行割管清理或更换。

(2)立式过热器下部弯头应无腐蚀结垢，注意检查内壁氧化皮是否脱落，必要时割管对沉积物做垢样成分分析;立式再热器下部弯头应无腐蚀结垢，必要时割管对沉积物做垢样成分分析。对高温过热器、高温再热器、屏式过热器易于氧化皮剥落堆积的底部弯头进行磁性检测(不锈钢管)、射线检测。

(3)锅炉累积运行时间超过10000h后，应对T23管材进行割管检验;累积运行超过15000h后，应对T91管材进行割管检验，并对锅炉管运行状况及发展趋势进行分析、评估。

(4)及时检测、清理管内部脱落、堆积的氧化皮，并做好管内部氧化皮的统计、分析等管理工作，以便于指导锅炉运行控制。

4.3 其他措施

(1)金属、锅炉、热工和化学等专业，从检验检测、锅炉运行控制、温度控制、给水质量控制、锅炉氧量和氢量检测等方面，综合治理，从源头上对氧化物的产生和剥落上予以控制。

(2)严防并加强焊接管理，防止受热面管焊缝内部焊瘤过大影响管的通流能力。

(3)要完善锅炉受热面管壁温监控系统，提高系统对锅炉壁温的监控能力和对锅炉运行的调控能力;加装足够数量的壁温测点，以便监控受热面管的壁温，为锅炉运行调控，提供真实可靠数据。

［1］赵彦芬，范长信.锅炉高温部件的热腐蚀［J］.热力发电，1994，(2):15－18.

［2］刘崇刚.锅炉高温氧化皮的危害及其预防措施［J］.江苏电机工程，2008，27(Z1):18 －20.

［3］李耀君.氧化皮脱落导致的过热器爆管分析［J］.热力发电，2006，41 －43.

［4］毕法森.超临界机组氧化皮的产生与防范［J］.电力设备，2006，7(10):33－36.

［5］龙会国.锅炉用奥氏体不锈钢弯管内部氧化皮检测的新方法［J］.动力工程学报，2010，30(7):54－58.