火电厂锅炉氧化皮问题原因分析及预防措施

董 灿

（广东粤电靖海发电有限公司，广东揭阳 515223）

0 引言

氧化皮，顾名思义就是受热面管内在高温下金属材料与氧反应生成的一种或多种氧化物，像一层皮一样附着在内外管表面故称之为氧化皮。它是基材为Fe的管材表面在高温下和与其接触的蒸汽或者空气中的氧气氧化而形成的物质，主要成分从内向外分别为：氧化亚铁（FeO）、四氧化三铁（Fe3O4）、三氧化二铁（Fe2O3）。其中 Fe3O4，Fe2O3结构致密，硬度高，附着性好，保护性强，而氧化亚铁结构较为疏松，保护作用较弱。

1 氧化皮产生原因

广东粤电靖海发电有限公司600 MW锅炉为东方厂制造的超临界变压本身直流炉，设计高过出口主蒸汽温度571℃，高再出口569℃。管材材料方面低温管段如省煤器和螺旋水冷壁分别采用SA-210和SA-213T2，稍高温度等级管段如低温过热器和再热器基本为15CrMoG和12Cr1MoVG，更高温度等级的屏过高过和高再则采用SA-213T91以及SA-213TP347H等材料，为了增强抗腐蚀抗拉应屈服和抗高温变形能力，无论添加什么样的稀有元素，占绝大多数的基本材料仍然为钢铁，就是Fe。在高温环境下，管壁外部为充满烟气（含氧）的高温炉膛或者烟道，管内流通高温水蒸汽或者干烧空气（掺氧），这种环境下管材表面会被氧化反应而生成Fe2O3，如果变工况启停等压力温度波动多少会导致受热面基本材料和氧化皮膨胀不同步，氧化皮会逐步产生裂纹，更深层次接触氧的机会相对少会逐步氧化生成Fe3O4，再里层则生成氧化不够充分的FeO，这就是氧化皮的基本成分。查阅资料，这种氧化反应一般在温度达到（560～600）℃时反应相对活跃，对应为屏过高过和高再区域，正好也是氧化皮产生和脱落的高发区。

2 氧化皮脱落、堵塞原因

一般只要反应条件具备，化学反应都在进行，如果有催化剂存在时，反应速度还会更快。因此持续运行时，锅炉管壁内外表层都在持续产生氧化皮，氧化皮的厚度以先快后慢的速度在不断增加，在锅炉频繁启停和变负荷、调整不当时，管材内外温度都在大幅度变化，尤其是外管壁，氧化皮会在拉伸挤压的作用下裂开甚至脱落。在内管壁，由于管径小，加上靠近管壁粘滞阻力的影响，脱落的氧化皮最容易沉积在某些U形管处比如高过高再管屏的U形底部区域，久而久之就会造成内管通流减少甚至完全堵塞。

3 氧化皮脱落堵塞的危害

脱落氧化皮，就等同于剥离了一部分基本的管材材料，必然导致这些脱落区域的管材变薄，偏离了设计的运行环境，必然导致管材不再能够安全承受许可的工况变化带来的压力温度等的波动。另一方面，氧化皮的脱落等于失去了外部的保护屏障，导致裸露出的基本材料面临一次先快后慢的氧化过程，形成了氧化—脱落—氧化—脱落这样一个恶性循环。再者，在内管壁，不管是运行中的脱落还是锅炉停炉受冷后引起的脆变脱落，都很容易集聚在相对容易凝结水汽的U形管等弯折部位，启动初期蒸汽压力低流量低无法有效吹走，增厚后即使正常运行高压力下也无法有效带走，层层叠叠最终堵塞管道甚至堵死，一旦堵塞管道，蒸汽就无法有效通过吸热带走热量，同时堵塞部位管材变厚造成热量传递变慢变差，叠加效果就是管壁尤其是外管壁金属温度逐步上升甚至超出设计的允许温度，管壁胀缩超出允许范围而爆裂，即使暂时不爆管后期也绝对存在爆管的可能。汽轮机运行中高速旋转，氧化皮块不仅容易集聚在调阀等节流部位造成主汽门、高调、中联阀等卡涩动作迟缓，该开开不了，该关关不下去，一旦进入汽轮机轻者通流部分附着结垢，严重的很可能打击损伤叶片，影响汽轮机的安全稳定运行。大量的氧化皮如果是在启动初期走旁路大量进入凝汽器，还会造成凝结水质变差，相关滤网堵塞等可能的后果。

4 从运行和检修角度预防锅炉受热面氧化皮脱落

4.1 锅炉启动时严格控制蒸汽升温升压速度

机组冷态启动时，应严格按照规程规定的升温升压曲线进行，温升率控制在（1.5～2）℃/min，压升率控制在（0.1～0.2）MPa/min，点火初期蒸发量，应及时投入烟温探针控制炉膛出口烟温，防止一二次气区域管材内外壁升温过快甚至超限，与单纯的烟气画面的测值相比更能直观反应炉膛热负荷的急剧升高情况；当主蒸汽温度达到120℃逐步开启高低旁后，应逐步调整高低旁配合燃水控制主再热气压气温的升速，整个过程需要精心调整稳步进行，直至冲转条件满足。

机组热态启动时，应在启动风烟系统检查正常后尽快调整风量至35%～40%的低风量尽快吹扫点火，过大的风量较长的时间拖延只会达到适得其反的强冷效果，造成管壁金属温度急剧下降。

4.2 严格监控炉水汽品质

有如病从口入，在起停机和正常运行中，应加强对汽水品质的监视，给水质量不良特别是水中含氧量较大时，会造成省煤器和水冷壁等受热面的有氧腐蚀，溶入蒸汽的氧更会在过热器和再热器区域继续氧化相关受热面。锅炉点火后，应严格执行热态清洗中的水质检查项目，由于水中的沉积物在190℃时达到最大，因此升温至190℃（顶棚出口）时应进行水质检查，检测水质时停止锅炉升温升压。

4.3 启停及正常运行中严格控制受热面金属温度不超温、不急升急降

启动过程中，煤水控制格外注意，任何时候都要勤于调整给水，适应压力调门变化带来的流量变化，维持分离器过热度尽量稳定或小幅度变化，最终是为了减少气温气压波动幅度，特别是在并泵、干湿态转换、启停磨、开关调阀等关键点应格外注意气温气压的稳定，并时不时翻看管壁金属温度变化情况。

启炉初期和停炉末期，过热汽和再热汽温控制应谨慎使用减温水，因为蒸发量不够产气量很少很容易在减温器区域积水，若该区域有氧化皮脱落沉积的话更容易粘结。转正常运行后，汽温调整也应提前、小幅度进行，杜绝大开大关。

正常运行后，应尽量保持高过（高温过热器）高再（高温再热器）出口气温在设计额定值附近，高过高再出口控制在（555～575）℃，受热面金属温度控制屏过（屏式过热器）＜580℃，高过高再金属温度控制＜590℃，若管壁温度测点异常时，应结合其他参数立即确认测点真实性，避免误判而管壁长时间超温。加强定期吹灰，保持受热面外壁清洁。在确认受热面超温后，应立即采取增投吹灰或则减负荷的方式缓解。启停制粉后合理分配的情况下，应及时反向调整已运行制粉系统中的上层，避免大幅度增加或减少引起的气温突升突降。

4.4 其他

尽量减少锅炉有意的强冷，MFT停炉后应立即适当降低风量保持风烟系统运行（5～8）min吹扫后即停运送引风机，避免长时间进行通风冷却。如若时间紧，需要进入炉膛检修等特殊操作而安排强冷时，必须限制自然和强制通风的时点和要求。严格执行停炉前的保养，利用加药钝化形成保护膜，闷炉烘干排出湿气后密闭保养。

4.5 检修

利用停备或检修时间进行管材检查，确定内部沉积氧化皮的可采取吹管、酸洗，必要时割管清理。总之，既然是“皮”，自然就是有别于原来的基本材料（简称基质），只不过是附着在表层而已，位置可能是内表面也可能是外表面，尤其是内表面多种因素作用下氧化皮就有脱落的可能，堆积过多必然造成管内通流面积下降、堆积部位变厚引起的换热变差，管壁超温，甚至爆管。未沉积的细小氧化皮块甚至有可能随汽流进入高速旋转的汽轮机，损伤汽轮机叶片，这些都是氧化皮不可小觑的附加危害。当然，氧化皮也有一定益处，受热面管内形成氧化皮，如同衣服一般保护肌体，延缓减少深层次的基质再次被氧化的趋势，一定程度上延长了锅炉受热面管材的使用寿命，保证了锅炉的安全运行。从产生的基础环境来说，氧化皮是一定会产生的；从危害性角度来说，氧化皮一旦脱落，带来的危害性也是巨大的，尤其是对于使用有一定年限且运行中长期高频调峰的机组而言，氧化皮的脱落是大概率事件，不能不面对其可能带来的危害性。因此必须要从深层次分析其危害性，尤其是从运行角度探讨和思考如何更加规范调整水平，最大限度地稳定氧化皮减少脱落可能。