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氧化皮的形成机理

  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→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。

[责任编辑:鸿志]