超超临界锅炉高温受热面氧化皮脱落与治理

鲁忠科

（华能威海电厂，山东 威海 264205）

某电厂3期2台680 MW机组配置了2台超超临界直流锅炉。锅炉高温受热面、过热器、再热器采用的为SA-213TP347H，A-213S30432，SA-213TP310Hcbn型奥氏体不锈钢管。在机组运行过程中，超温或温度急剧波动都会使受热面管道内壁产生氧化皮；当机组停运后，降温或温度急剧变化时，氧化皮因与母材的膨胀系数不同而脱落，造成受热面管道堵塞，最终导致超温过热爆管。

2013-03-15，该厂6号机组锅炉高温再热器氧化皮脱落堵塞导致爆管，如图1所示。

图1 高温再热器爆管

1 预防氧化皮脱落的措施

6号机组锅炉高温再热器爆管后，该厂及时编制了《焊接安全技术措施》，按照要求消除了爆管缺陷。2013-03-22，6号机组锅炉投入正常运行。为保证锅炉高温受热面安全稳定运行，确保机组能够得到有效检查，彻底消除氧化皮脱落堵塞问题，该厂制定了《锅炉氧化皮检测与治理方案》。结合2013年6月份机组检修，对6号机组锅炉奥氏体不锈钢管全面进行氧化皮检测与处理。

在锅炉运行人员的配合下，严格执行规定：停炉后闷炉72 h，停炉降温速率不超过2 ℃/min。在停炉过程中，炉膛通风10 min后立即停运送、引风机，并关闭送、引风机进出口挡板，防止锅炉受热面降温过快。控制高温过热器、屏式过热器、高温再热器出口蒸汽温度和受热面金属温度降温速率，确保不超过2 ℃/min；主、再热压降速率不大于0.3 MPa/min；降压结束后水冷壁上水，控制启动分离器温度降低速率不高于2 ℃/min；启动分离器储水箱，见水后方可启动烟风系统进行通风冷却。根据环境温度，控制风机的出力，调整低过、低再入口烟温的降低速率不高于2 ℃/min，禁止强制冷却，执行闷炉时间大于72 h，避免停炉时产生奥氏体不锈钢管氧化皮脱落现象。

2 氧化皮的检测实验

使用与厂内使用型号、规格、材质相同的受热面管段，将前期取出的氧化皮倒至该管段内部，做氧化皮检测试验。通过肉眼观察、重量测量、磁场强度测量，分别记录氧化皮堆积高度为1/3，1/2，2/3流通面积时对应的氧化皮重量值和此时的管段磁场值。结合现场炉内环境磁场，校核氧化皮磁场测量仪(型号：BM-100)的测量值，再根据管外径和壁厚的不同分别绘制过热器、再热器磁场强度与氧化皮含量曲线。

3 氧化皮的清理

3.1 氧化皮的取出

2013年6月份机组检修停炉，未采用焖炉方式进行，让引风机加速冷却从而使氧化皮迅速脱落。在6号机组此次检修时，炉内温度完全冷却后，轻轻敲打受热面管，使氧化皮完全脱落至管内底部U型弯头内，再用磁场强度仪对高过、高再不锈钢弯头进行全面的磁场强度测量。结合前期校核曲线，估算管内氧化皮重量、堆积高度、堵塞管道的面积，对超过设定标准值的管段进行割管，取出氧化皮。

3.2 氧化皮测量与分析

通过对6号机组的检修，发现高温再热器冷端770个弯头全部存在氧化皮堆积超标现象。某个弯头的氧化皮堆积情况如图2所示，质量为1 328 g。检查切割后的直管内壁情况，确认无异常后焊接恢复所有切口，对焊接后的管道进行100 %无损检测，结果均合格。

图2 氧化皮堆积情况

TP347H钢管内壁氧化物分为2层，此次6号炉高再脱落的氧化皮为外层氧化物，内层氧化物仍附着在管道内壁。内层氧化物由围绕原金属晶界分布的富铬氧化物和位于原金属晶粒内部的铁铬镍氧化物组成，主要成份为Fe3O4，其结构紧密牢固，不易脱落；外层氧化物为铁氧化合物组成，结构松散，易开裂脱落。外层氧化物脱落后，由于内层氧化物对TP347H管中Fe原子的扩散有阻碍作用，使管道内壁再次生成铁氧化合物变得非常困难，生成周期也会相应加长。因此，在清理外层氧化皮时，要注意保护内层氧化皮。

3.3 氧化皮的吹扫

在机组启动过程中，要利用蒸汽携带原理尽量清除沉淀在管内的氧化皮。在机组冲转前，将主汽压力控制在6 MPa，主汽温度控制在350～400 ℃；再热蒸汽压力控制在大于1.1 MPa,温度控制在350～400 ℃。保证上述参数后，应尽量提高热负荷，开大高、低旁路，采用稳压冲洗，利用蒸汽带走氧化皮。冲洗时，要求化学人员每隔1h对主、再热蒸汽及凝结水的品质进行取样分析，介质中Fe2+含量由“低—高—低”至稳定并合格后，再进行机组并网工作。

4 清理效果

通过对氧化皮的检测与清理，结合机组点火过程中执行的氧化皮吹扫措施，有效清理了6号机组锅炉奥氏体不锈钢管内部的氧化皮，保证了锅炉高温受热面的安全运行。对6号机组锅炉高再氧化皮进行清理后，未出现因氧化皮堵塞造成的爆管现象。

在2014年机组检修期间，对5号机组锅炉高过、高再进行针对性的氧化皮检测与清理，提高了超超临界锅炉连续安全运行的能力。

从经济上看，超超临界锅炉“四管”泄漏最快抢修时间为5天，以680 MW机组每日带80 %负荷计，损失发电量为65 280 MW；若再加上检修、启停机组等费用，单台机组泄漏爆管后的经济损失约650万元。

通过对氧化皮的检测与清理，避免了机组非停，取得了较好的经济效益。

5 结束语

超超临界锅炉高温受热面管采用奥氏体不锈钢管，锅炉累计运行约10 000 h后，管道内部氧化皮极易脱落，堆积到受热面弯头内部，影响管道传热导致超温爆管，给电厂带来较大的经济损失。因此，通过氧化皮测量仪快速检测法，可有效发现超超临界锅炉高温受热面管氧化皮脱落问题，减少或杜绝锅炉爆管现象，保障了机组的安全稳定运行。