某电厂锅炉过热器清洗试验与应用分析

何凤元，王飞，杨颖

（1.华电电力科学研究院，浙江杭州310030；2.赤峰热电厂，内蒙古赤峰024000）

某电厂锅炉过热器清洗试验与应用分析

何凤元1，王飞1，杨颖2

（1.华电电力科学研究院，浙江杭州310030；2.赤峰热电厂，内蒙古赤峰024000）

通过对某发电厂锅炉过热器氧化皮生成及脱落分析，通过大量的试验，选择适当的循环清洗配方，对锅炉过热器内氧化皮进行循环清洗，清洗后效果明显，降低了爆管风险。

锅炉；过热器；氧化皮；循环清洗

0 引言

目前发电厂锅炉过热器氧化皮脱落导致机组爆管停机的问题比较突出，很多厂因为氧化皮脱落导致机组爆管停机，有些电厂虽然未造成停机，但也对机组安全稳定运行造成了很大的影响，本文通过试验研究，对过热器进行循环清洗，清除过热器内氧化皮，为机组安全稳定运行提供了保障。

1 项目背景

1.1 热电厂3号锅炉简介

某热电厂于1997年投产，规模为4×130T/h高压煤粉炉，2×25MW抽汽冷凝式汽轮机组。

该厂3号锅炉小修发现在汽包底部、三号炉和四号炉联络门三号炉侧都有黑色氧化物存在，后对省煤器、四墙水冷壁、下联箱、下降管底部封头、屏过，高过等部位进行割管，发现过热器内氧化皮脱落严重，省煤器、水冷壁管内壁状态良好。对汽机叶片进行检查分析，发现叶片有损伤痕迹。

1.2 过热器氧化皮问题的提出

3号锅炉过热器主要管材为12Cr1MoVG，随着锅炉运行时间的延长，过热器在高温高压水汽介质条件下长期工作,会发生组织损伤、蠕变损伤和高温氧化腐蚀等系列问，在锅炉过热器内会逐步生成氧化皮，氧化皮在一定条件会发生脱落。脱落后的氧化皮会堆积在过热器的弯管处引起锅炉爆管，同时剥落的氧化皮随蒸汽带入汽机，引起固粒侵蚀损伤汽轮机叶片，因此采取有效手段减少过热器氧化皮的产生与剥落，以及在检修中消除氧化皮的影响，对机组安全运行至关重要。

1.33 号炉过热器氧化皮的现状分析

此次割管的6根管为3#炉的屏式过热器管、高温过热器冷段管和高温过热器热段管。取样管的设计材质、规格、取样位置和编号等信息见表1，管子的运行参数见表2。

表1 取样管材质、规格、取样位置和编号

表2 取样管运行参数

1.4 材质分析

用DV-6型定量直读光谱仪对屏式过热器管1b2、1b7进行化学成分进行分析，结果见表3。检验结果表明屏式过热器管的化学成分与电厂提供的设计材质12Cr1MoVG不符，与GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》中的12Cr2MoWVTiB（钢102）的化学成分相符。

表3 屏式过热器管化学成分分析结果

表4 金相分析结果

1.5 金相分析

6根取样管的金相分析结果见表4。由于取样管均经过车削加工，无法确定管子的向、背火侧，表4内的组织评定均为对管子组织老化最严重处的评定结果。

1.6 氧化皮测厚

由于送检的6根取样管外壁均经过车削加工，因而仅对内壁氧化皮厚度进行测量，其测量结果见表5。高温过热器冷锻、热锻管内壁氧化皮脱落情况严重，表5内的测量结果为残留氧化皮的最厚处的测量值。

表5 内壁氧化皮测量结果

1.7 过热器氧化皮的处理措施

由于过热器氧化皮的形成是不可避免的，为了尽量减少过热器氧化皮带来的危害，国内一般进行采用耐氧化的合金。研究表明，金属材料的抗氧化、抗腐蚀性能主要决定于金属表面能否形成稳定、致密的金属氧化膜。由于换管材的成本高，工作量大，周期长等缺点，为了避免过热器氧化皮脱落可以采取化学清洗的方式，使过热器内氧化皮清洗干净，避免了过热器氧化皮脱落带来的各种风险。

2 过热器氧化皮化学清洗的研究与应用

2.1 过热器氧化皮形成机理研究

高温水蒸汽与12Cr1MoV钢氧化形成的氧化膜为双层氧化膜。外层称为延伸膜，由于铁离子向外扩散，水的氧离子向里扩散而形成的。内层的原生膜是水的氧离子对铁直接氧化的结果。内层为尖晶型细颗粒结构，氧化层外层为棒状型粗颗粒结构，并含一定量的空穴。随着时间延长，最外层有少量不连续的三氧化二铁。在某些不利的运行条件下（如超温或温度、压力波动），金属表面的双层膜就会变成了多层膜的结构，这时氧化和时间就变成直线关系。双层膜先是变为二个双层膜，然后再进一步发展成为多个双层膜的多层氧化层结构，然后便开始发生剥离。

过热器、再热器内壁的水蒸汽氧化层剥离有二个主要条件：一是垢层达到一定厚度，一般而言奥氏体不锈钢0.10mm；二是母材基体与氧化膜或氧化膜层间应力是否达到临界值。当两个条件都达到时，加速了氧化皮的脱落。为了防止氧化皮脱落对机组造成的影响，最经济适用的方法是在机组大修期间采用化学清洗的方法去除氧化皮，大大降低了氧化皮脱落造成的过热器及再热器爆管风险。

2.2 过热器氧化皮化学清洗的研究

目前国内过热器氧化皮化学清洗分两个阶段，在国家对HF酸限制使用前，部分电厂采用HF进行过热器化学清洗，在环保政策越来越严的背景下，HF酸使用受到限制，当前运行锅炉过热器尚未有成功进行化学清洗的先例。

过热器化学清洗难度非常大，第一首先要筛选清洗药剂及清洗助剂，使氧化皮溶解于清洗药剂中，尽量减少不容性氧化皮的存在、沉淀在过热器弯管内，沉淀的氧化皮会造成过热器爆管，造成机组的非停；二是要选择适当清洗流速避免管内产生气塞，气塞的产生会使部分过热器管材清洗不彻底，该部分氧化皮脱落的危险依然存在。

2.3 氧化皮清洗药剂及助剂的筛选试验

过热器氧化皮化学清洗的难点之一在于化学清洗药剂及助剂选择，选择正确的清洗药剂及助剂能够使氧化皮充分的溶解并被清洗液带出锅炉系统，减少了氧化皮沉积的风险。根据经验，清洗药剂在羟基乙酸、EDTA、甲酸、柠檬酸、氨基磺酸之间选择。单一药剂清洗效果不是很理想，采用其中二种或者两种以上药剂进行复配，经过一个月的动态模拟筛选试验，确定了复合有机酸是清洗的理想药品HS-2，同时筛选了理想的缓蚀剂AD-5，试验采用温度90-98℃，混酸浓度为6%进行化学清洗。

2.4 过热器化学清洗的实施过程

通过对3号锅炉水汽系统的深入了解及对清洗药品筛选试验后，制定了3号锅炉过热器清洗方案并实施，取得了满意效果。

锅炉清洗回路由临时系统和锅炉被清洗系统组成，可进行正、反向循环清洗和开路冲洗。具体循环回路见表6。

2.4.1 化学清洗工艺

表6 循环清洗回路

根据垢成份分析结果决定清洗采用：复合有机酸作为清洗介质、水冲洗、柠檬酸漂洗，全铁小于300mg/L,直接钝化，钝化剂采用联氨，氨水调节pH为9.5～10.0。具体工艺见表7。

2.4.2 锅炉化学清洗过程

9月4号化学清洗临时系统安装开始，9月20日开始清洗，24日结束。3号锅炉化学清洗后,割管进行检查，除垢率98.2%，腐蚀速率：5.6g/m2·h。锅炉化学清洗质量达到了“DL/T 794”标准中规定的锅炉化学清洗质量指标优的标准。

表7 化学清洗工艺

3 结语

针对该热电厂3号锅炉过热器内的腐蚀产物的性质及特点，通过锅炉清洗前的试验研究和认真细致的准备工作，采用复合有机酸清洗、柠檬酸漂洗、联氨钝化处理这一综合化学清洗技术应用于该锅炉的化学清洗。清洗实践表明，其清洗技术工艺可靠，达到了预期的清洗和钝化效果。同时也给以后类似参数、形式的锅炉的化学清洗工作提供了借鉴。

[1]寇莉莉，王志武，艾永平.12Cr1MoV低合金耐热钢氧化膜结构及形成机理研究[J].湖南电力，2008，28（3）：17-20.

[2]张驰，王晓南，等.铁素体不锈钢高温氧化层生长及热轧粘辊研究[J].东北大学学报，2012，33（2）：195-198．

[3]李长鸣，邱武斌.锅炉过热器化学清洗介质的研究[J].材料保护，2000，33（10）：42-44.

Research on the Application and Experiment of Boiler Superheaters’Cleaning from a Power Plant

HE Feng-yuan1，WANG Fei1，YANG Ying2
（1.Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China；2.Chifeng Thermal Power Plant，Chifeng 024000，China）

By the analysis to superheater oxide-scale formation and loss of a power plant boiler and through a lot of tests，the appropriate cleaning cycle formula was selected to clean the boiler superheater oxide-scale.The effect was obvious and the risk of burst pipes was reduced after cleaning.

boiler；superheater；oxide-scale；circular cleaning

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.04.008

TM621.8

B

2095-3429（2016）04-0035-04

2015-12-28

2016-06-22

何凤元（1976-），男，黑龙江人，硕士研究生，高级工程师，主要从事发电厂水处理及热力设备腐蚀结垢、化学清洗方面的研究。