一、引言
近期机组检修发现，后屏过热器氧化皮有脱落严重，给机组运行和设备本身带来了极大的风险，由于锅炉受热面表面氧化层的形成与剥离，许多大机组曾发生过过热器和再热器管的堵塞爆管，主汽门卡涩和汽轮机部件的固体颗粒侵蚀问题，造成了机组可用率的降低和经济损失。下面就从氧化皮的形成、氧化皮脱落的原因以及氧化皮的控制措施予以介绍。
二、锅炉简介
本锅炉是与600MW四缸四排汽、单轴、凝汽式、中间再热汽轮机配套的亚临界一次中间再热控制循环汽包炉。锅炉采用单炉膛∏型露天布置，全钢架悬吊结构，固态排渣。
炉膛上部布置了分隔屏过热器，后屏过热器及屏式再热器，前墙与两侧墙前部均设有墙式辐射再热器。
水平烟道深度为8548 mm，整个水平烟道由水冷壁管延伸部分和后烟井过热器管延伸部分包覆。内部布置有末级再热器和末级过热器。
后烟井深度12768 mm，布置了低温过热器和省煤器。
三、氧化皮形成的原因
从热力学角度讲，锅炉管内壁产生蒸汽氧化现象是必然的，因为Fe与水反应生成Fe（OH）3，饱和后，在一定范围转化为Fe3O4
Fe+H2O---- Fe3O4+H2
此反应在铁表面进行，在表面形成Fe3O4氧化膜，并随同有氢析出，氧化膜的生成遵循塔曼法则：d2=Kt（d为氧化皮的厚度，K为与温度有关的塔曼系数，t为时间），氧化膜的生长与温度和时间有关。蒸汽侧氧化皮尽管是在运行中产生并不断增厚，但在正常运行中并不大量剥落，其剥落原因主要归咎于机组启停或温度大幅度波动，所产生的温差热应力。因此机组启停工艺控制非常关键，经验说明，氧化皮剥落特别容易发生在机组停运后再启动时发生。
长期高温运行过程中，奥氏体不锈钢过热器和再热器管子内壁在高温蒸汽作用下会不断氧化从而生成连续的氧化皮，这种氧化皮通常附着在管壁上，在运行中不断增厚并不剥落，由于氧化皮的膨胀系数和奥氏体钢相比差别很大，温度变化时，二者热胀冷缩变形很不协调，就会在其间产生很大的热应力，当氧化皮厚度很薄时其变形协调能力相对较好，粘贴在金属表面的柔弱氧化膜能够随着基体金属的热胀冷缩而协调变形，即使局部产生显微裂纹也不会脱落，但随着金属表面氧化皮厚度的增加，硬而脆的氧化皮变形协调能力不断变差，从而导致其间的温差热应力逐渐变大。当热应力值超过脆性氧化皮的抗拉/抗压强度及其与金属基体的结合强度时就会引起氧化皮破裂并从金属表面剥离，因此，在机组启停或温度剧烈变化是就会引起管内氧化皮大面积剥落，脱落后的氧化皮屑掉入管子底部并逐渐聚集就会造成管子堵塞，进而引起管内蒸汽流量降低并最终导致管子过热乃至于超温爆管。
不锈钢的线膨胀系数：2.1*10-5
氧化物的线膨胀系数：0.9×10-5
氧化皮剥离有两个主要条件：一是垢层达到一定厚度，不锈钢0.10mm，铬钼钢0.2～0.5mm，（运行5万小时可以达到），二是温度变化幅度大、速度快、频度大。
四、氧化皮的产生和剥离对机组运行的危害
（1）、氧化皮剥离会造成受热面超温爆管。
机组在启停，以及负荷、温度和压力变化较大时，锅炉受热面上达到剥离条件的氧化皮开始剥落下来，堆积在锅炉过热器蛇形管受热面底部，由于底部弯头处氧化皮剥离物的不断堆积，使得管内通流截面减小，造成流程阻力增加，导致管内的蒸汽流通量减少，使管壁金属的温度升高。当堆积物较多时，则会造成管壁超温而引起爆管。
（2）、流动蒸汽带出的氧化皮对汽轮机部件产生固体颗粒侵蚀，造成汽轮机喷嘴和叶片侵蚀损坏。
（3）、氧化皮的产生容易使主汽门卡涩，造成机组停机、主汽门无法关闭，威胁着机组的安全运行。
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（4）、氧化皮剥离容易堵塞疏水管，威胁机组安全运行。
（5）、氧化皮的产生会影响金属换热效果。金属表面形成0.2～0.5mm厚度的氧化皮就相当于1500～3500g/m垢量，这会影响机组运行的经济性。
（6）氧化皮的剥离会严重污染水气品质。
五、防止受热面管内壁氧化皮剥落堆积的防范措施。
（1）、严格控制受热面蒸汽和金属温度，严禁锅炉超温运行。
运行中发现金属温度超过允许值，通过降低蒸汽温度和运行方式调整，调整无效时要考虑降低机组的负荷运行，任何时候不允许蒸汽参数和受热面金属温度长时间超过允许值进行。
（2）、加强受热面的热偏差监视和调整，防止受热面局部长期超温运行。
（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。
尽可能减少启停次数、频度，减缓升温和降温速率。若机组停运时，不允许进行强制冷却，应采用闷炉处理（约72小时），以防止氧化皮脱落。
（4）、机组启动阶段控制金属面温度平稳升高
锅炉点火阶段采用多油枪、低油压方式，利用油压调整炉膛热负荷，避免炉膛热负荷大幅度波动。制粉系统的启动要缓慢，给煤量要逐步增加，减温水的投入要谨慎，防止汽温大起大落。同时要确认过热器各疏水管畅通。
（5）、机组正常运行中受热面温度变化率控制
机组升降负荷速率不超过10MW/min，汽温避免大幅度波动，保证汽温、汽压稳定，主、再热汽温异常时，按规程规定处理。
（6）、机组滑参数停机温度变化率控制
机组正常停机要采用滑停方式，滑参数温度、压力，为防止停炉后受热面管内积水造成停运腐蚀，锅炉带压放水压力为1.0Mpa.滑停过程中，注意汽温、汽缸壁温下降速度，主、再热汽温在10min内急剧下降50℃，应打闸停机。滑停过程中，注意降压速度，注意炉水温度变化不大于2.6℃/min（166℃/h）。监视主蒸汽温、再热汽温降温率及金属温降率应在允许范围内，主汽温降<1.5℃/min，再热汽温降<2.5℃/min，金属温降在1—1.5℃/min。
（7）、机组事故停机温度变化率控制
机组由于故障紧急停机。炉膛通风10分钟后立即停止送、引风机运行并关闭送风机出口和引风机进、出口挡板进行闷炉，防止受热面快冷。如紧急停炉后需要对锅炉进行冷却，要控制过热器、屛式过热器、再热器出口蒸汽温度和上述受热面金属温度降温速率不超过3度/分钟，主、再热降压速率不大于0.3Mpa/min；通风冷却时根据环境温度控制风机的出力，调整冷段过热器和冷段再热器入口烟气温度的降低速率不高于3度/min。
（8）、机组冷态启动过程中温度变化率控制
机组冷态启动过程中严格按照升温控制曲线控制蒸汽温度，锅炉点火后的升温升压速率按照机组启动曲线进行，点火开始至30分钟升温速度＜2℃/min；30分钟至达到汽轮机冲转参数升温速度2.2～2.5℃/min；升压速率＜0.06MPa/min。
（9）、机组热态启动过程中温度变化率控制
在热态启动过程中，为防止受热面温度降低，锅炉风烟系统要与其他系统同步启动，风烟系统启动后通风控制总量为35%，在炉膛通风5分钟后立即点火，点火后尽快投入燃料，控制过热器、再热器温升速率，防止受热面金属温度降低。
（10）、加强运行金属温度监督和停炉后的检查
完善受热面温度测点并加强受热面温度测点的维护，运行中加强受热面金属温度的趋势监视，根据受热面温度变化情况指导停炉后受热面内氧化皮的检查分析。
论文作者:梅泽禹
论文发表刊物:《电力设备》2017年第3期
论文发表时间:2017/4/27
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