电站锅炉高温受热面管内壁氧化皮形成机理和预防方法

孙佰泉

摘 要：随着经济的进步与城市建设的推进，国家对于电力的需求日益上升。在这样的环境背景下，为了能够有效满足节能与环保需求，就要求我国的火力发电机组必须要向着大容量、大参数的方向发展。本文通过研究锅炉高温受热面管内氧化皮形成与剥落过程，从而提出减少锅炉高温受热面管内氧化皮的产生措施，避免因氧化皮剥落堵塞管道引发爆管。

关键词：电站锅炉；高温受热；氧化皮；形成机理；预防方法

1 电站锅炉高温受热面管内壁氧化皮形成机理

（1）厚氧化膜。简单来说，所谓的厚氧化膜指的主要是厚度>200nm的氧化膜。在高温氧化的环境当中，当金属生成一种比较均匀并且致密的厚氧化膜时，其因为浓度梯度所形成的迁移，通常要比电场作用之下所产生的离子迁移大。一般情况下，相应的氧化速度主要是由氧化膜内的传质过程所控制的。就针对于在铁-氧化层-氧体系来说，其主要存在两个重要的界面：其中一个是氧化层-氧界面，而另一个则是铁-氧化层界面。为了能够让反应得以继续，就要求其必须要有一、两个反应物穿过氧化层，然后在此发生反应。

（2）薄氧化膜。事实上，所谓的薄氧化膜，其实指的就是厚度在10～200nm的氧化膜。在整个氧化过程当中，因为氧化膜厚度的增加，其中所存在的电场强度将会进一步减弱，使得离子难以迁移，导致氧化膜的厚度慢慢增加，而其幅度则将会不断减小，甚至还会出现停止增厚的情况。从根本上来讲，金属氧化的速度，主要还是由离子迁移与传质的过程共同决定的，并且，其主要是以迁移慢的为相应的控制步骤，其氧化动力学规律将会受到动力学的影响决定，在这样的情况下，氧化膜的形成就可以被分成以下两步：

（3）极薄氧化膜。简单来说，所谓的极薄膜指的就是那些只有几个纳米的氧化膜。从根本上来讲，因为氧化膜太薄，其在氧化与氧化还原的过程中，氧化膜当中所形成的电场将会变得非常强大，在这样的情况下，因为受到电场的作用，导致离子所产生的迁移，将会大于因为浓度梯度而形成的迁移，所以说，我们可以忽略后者所产生的作用。此外，金属的氧化速度，主要是由电子的迁移速度和金属离子的速度所决定，在这当中，迁移较慢的通常是控制步骤，其氧化动力学规律主要是由自身的动力学所决定的。

2 电站锅炉高温受热面管内壁氧化皮的预防方法

2.1 避免超温和减小热偏差

对于管内壁氧化膜的生长而言，温度是影响其速度的一个根本因素。从本质上来讲，蒸汽的额定温度越高，其所产生的超温幅度也就会越高。并且，如果其时间越长，那么其氧化膜的实际生长速度也就会变得愈快，在这样的情况下，氧化膜到达剥落临界厚度所需要用到的时间也就会越短。因此，我们需要强化对温度的检测，并严格禁止出现锅炉超温运行的情况。在锅炉的实际运行过程中，要求过热器出口的蒸汽温度应当不能有超过5℃的偏差，而屏式过热器与再热器出口的偏差则要在10℃以内，与此同时，要求其在实际的运行过程中，必须要根据相关的温度高点，来对蒸汽温度加以控制。此外，在實际的锅炉运行过程中，为了能有效避免出现受热面超温的问题，需要我们将一、二级减温水和再热器烟气挡板放在能够进行调节的中间位置上，并且，要求再热器的事故减温水必须要始终处于备用的状态中。

2.2 锅炉设备选材

不管是奥氏体还是在铁素体材料上，都曾经发生过氧化皮剥落的现象，并且，不同的材料在剥落与抗氧化上都存在一定的差别。一般情况下，材料当中的Cr含量增加，将会帮助其实现金属抗氧化能力的提升，并以此来降低氧化皮剥落的发生率。因为受到整齐流程布置与受屏区结构的影响，导致屏间存在着较大的热偏差。因此，我们可以对高温区当中的T23管进行合理的更换，并将其转换成更高材质的管子，从某种意义上来讲，该方案对于投资来说相对节省，不过，在实际的运行过程中，其依然要采取一定的措施，来对壁温加以控制，以此来避免其出现超温的问题。

2.3 控制温度周期性波动和变化速率

在机组的运行过程中，需要气门对受热面的温度变化率进行合理的控制。通过对热工自动控制系统的优化与完善，来适当控制系统温度的周期性波动速率与幅度。在机组的实际运行过程中，要求正常的升降负荷速率应当在10MW/min以内，并且，若因为升降负荷的扰动，而使得其波动率在5℃/min以上，则需要对机组的升、降负荷速率进行适当的降低，或者是直接暂停升降负荷，一直到稳定之后，才能够对其进行相应的负荷变动操作。此外，若因为故障问题，导致机组出现紧急停机问题，那么，炉膛在通风10min之后，就需要立即停止送、引风机的运行，以此来避免受热面的温度出现过快的降低问题。

3 结语

总而言之，从本质上来说，在实际的工况下，工质水动力特性的变化，将会非常容易导致电站锅炉的传热特性发生一系列的变化，并进一步出现管内壁的氧化腐蚀问题。因为氧化皮如果出现剥落，将会使得锅炉的受热面发生堵塞，并因此而导致蒸汽的流通截面积变小，从而出现超温爆管的问题，对于锅炉管道的运行与安全性等产生重要的影响。因此，我们必须要对电站锅炉高温受热面管内壁氧化皮形成机理进行更加深入的研究，并采取有效的措施来对其进行合理的预防与诊治。

参考文献

[1]艾志虎.超临界锅炉高温管内氧化皮失效及其数值模拟研究[D].华南理工大学，2012.

[2]许立宾.电站锅炉不锈钢管内氧化皮检测技术研究[D].中北大学，2010.