直流炉氧化皮控制措施

白晶 李欣

【摘要】介绍了直流炉氧化皮的危害及田集电厂锅炉因为氧化皮脱落引起爆管的情况。分析了直流炉在制造加工阶段和投运后氧化皮生成及脱落的具体原因。通过田集电厂的多次操作经验，总结了一套运行人员在正常运行中控制氧化皮生成与脱落的主要措施。

【关键词】氧化皮 壁温 超温 堵塞 爆管

1直流炉氧化皮的危害

超临界直流锅炉，受热面超温将引起金属组织老化，产生蠕变爆管，受热面高温氧化腐蚀将导致管壁减薄或堵塞而爆管。田集电厂就因为氧化皮脱落的原因，连续爆管，在安全经济生产方面，受到很大的影响。其具体危害有：氧化皮堵塞管道，引起相应的受热面管璧金属超温爆管；长期的氧化皮脱落，使管壁变薄，强度变差，直至爆管；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。

2直流炉氧化皮形成及脱落原因

过热蒸汽管道内氧化膜的形成原因分为制造加工和运行后两个阶段。

2.1制造加工阶段氧化膜的形成

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，见图1所示。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，以利于在机组运行时形成良好的氧化层。

2.2直流炉投运后氧化皮的形成

在450℃以上，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，见图2所示。

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，见图1所示。

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：

2.2.1投运之前酸洗和吹管过关

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）。当日后机组运行于超临界工况下，温度超过570℃时，这种氧化膜可以防止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。

2.2.2投运之前酸洗和吹管不过关

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。

3控制措施

3.1将T23管更换为T91管

下图（图3）为田集电厂将T23管更换为T91管前后温差对比运行记录。

从运行记录上看，田集电厂1号锅炉末级过热器屏间壁温值为明显的双驼峰曲线，偏差达到5O℃以上，因此从经济上考虑可以将处在高温区的T23管更换为T91管。此方案相对节省投资，是最彻底的解决办法，但更换工期较长，仍需要在运行中采取措施控制壁温，避免超温。

3.2加强受热面的热偏差监视和调整，严格控制受热面蒸汽和金属温度，防止受热面局部长期超温运行

锅炉运行中受热面出口蒸汽温度左右偏差不超过10℃。运行中发现受热面蒸汽温度偏差大要积极查找原因并进行处理。检查两侧送、引风机出力是否合适，各层二次风挡板和燃尽风挡板开度是否一致，炉膛的热工况是否均匀。

3.3尽量抑制受热面温度周期性波动和温度变化速率，减缓氧化皮剥落

机组启动期间加强疏水的回收和排放管理，防止不合格的疏水进入主系统，防止前级系统产生的氧化皮进入后级系统。

3.4加强运行金属温度监督和停炉后受热面的检查

完善受热面金属温度测点并加强受热面金属温度测点的维护，运行中利用SIS加强受热面金属温度的趋势监测。停炉后要对受热面管进行抽样检查和对金属温度高的管屏割管检查，氧化皮沉积严重及时进行清理。

4结语

总之，当前运行的超临界锅炉的主要问题之一就是氧化皮脱落导致的超温爆管。运行人员运行调整中能采取的主要控制措施通常从两方面考虑：通过控制汽温不超限来控制受热面氧化皮的生成速度；通过控制温度变化速率来控制氧化皮发生集中脱落。

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