摘要：针对近期乐清电厂#3锅炉因氧化皮脱落造成过热器爆管现象，分析此现象的原因及防止措施。随着超临界及超超临界锅炉的高参数运行，目前国内在用的钢材在长期的高温运行下会产生氧化皮，氧化皮脱落引起炉管过热爆管的问题愈来愈突出，也引起了各方的高度重视。如何在预防氧化皮的脱落、减少锅炉爆泄，保障锅炉的安全稳定运行 ，结合我公司运行机组的实际情况，尤其是目前#1、#2锅炉的情况，在预防氧化皮的脱落、减少锅炉爆泄，保障锅炉的安全稳定运行，切实做好相应的措施、并提出相应的要求。
关键词：氧化皮；超超临界机组；爆管
引言
在超超临界机组运行过程中，会由于一些原因产生氧化皮，氧化皮脱落会引发爆管事故，为了防止氧化皮对机组造成损坏，需要对氧化皮形成原因进行调查和分析，并采取相应措施减少氧化皮的产生量。同时机组使用和运行过程中，也需要采取适宜的方法对机组进行检查和维护，并降低氧化皮的产生量和产生几率，保证机组安全。
1 锅炉管道中氧化皮的形成和脱落原因分析
1.1氧化皮形成原因
氧化皮形成原因包括管道制造和运行两个阶段，这两个阶段生成氧化皮的机理如下：（1）管道制造加工过程。在管道生产加工中需要建造氧化膜，当前氧化膜的生产工艺使在570℃通过铁与氧气接触生成氧化膜，但是在生产过程中会生成三张氧化物，其中FeO3直接与管道基体相接触，但是这种氧化物结构疏松，并且结构不够稳定，当环境温度低于570℃时，该结构容易脱落，并且其中的半脱落结构部位会发生腐蚀，形成氧化皮结构[1]。（2）管道运行过程。在管道运行中，管道中会充满高温水蒸气，这会导致钢结构在机组运行过程中出现氧化现象，并且氧化产物与环境温度有关，经过研究发现，环境温度低于570℃时，氧化产物为Fe2O3和Fe3O4，这两种氧化物都具有很强的致密性，但是到环境温度高于570℃时，氧化产物中会出现FeO3，并且这种产物会直接与管道基底接触，降低管道的抗腐蚀性。通过对管道的运行情况测量可以发现，温度为450℃时，管道的耐腐蚀性就已经大大降低，而当温度升高到570℃时，管道的腐蚀速度会进一步提升。
1.2氧化皮脱落原因
氧化皮脱落通常由两个原因引起，其一是氧化皮的厚度达到脱落标准，但是在脱落厚度计算时，需要结合管道材料、管道温度下降幅度以及高温蒸汽速度等因素。其二是氧化皮与管道基底间的应力情况，应力计算除了需要考虑管道材料、管道温度下降幅度以及高温争取速度外，还需要考虑温度对温度对基底与氧化皮间应力的影响[2]。
氧化皮的脱落形状分为条状和粉末状两种形状，粉末状由氧化皮由过热器管产生，条状氧化皮由再热器管产生，通过对设备的研究发现，氧化皮在管道降温过程中更容易脱落，其中在350℃时会发生大规模脱落，另外在升温过程中也会发生一定量的脱落，脱落温度主要在200℃~300℃。
2防止氧化皮脱落引起爆管的措施
2.1机组启动过程中的控制措施
目的是对锅炉中的水进行加热，然而通过研究发现，管道升温过程也会导致氧化机组启动过程中涉及加水、磨煤机启动以及燃油点火等多个过程。注水过程需要按照设备要求进行，对上水速度进行控制，同时还需要保证汽水分离器与上水温度在一定温度差以内，并通过辅汽进行水温提升，使水温提升到要求参数。机组点火过程，需要对燃料的燃烧率进行观察，保证投入的燃料能够被充分燃烧，防止锅炉中的水温发生突变，导致氧化皮的大幅脱落，使机组能够被安全启动。在启动过程启动过程中，需要保证主汽压力按照要求进行提升，并且在设定参数范围内不可加入减温水，防止因为氧化皮和基底膨胀系数不同导致氧化皮的大规模脱落，在机组启动过程中，需要保证主汽温度和压力都达到设计参数时才可进行挂闸冲动。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆例如为降低我厂机组氧化皮脱落几率，机组在升压开始阶段，汽温＜450℃时，控制启动升温率≯1.5℃/min，第一次投入燃料不高于20t/h，并且保证燃料投入的稳定性，主蒸汽管道压力达到1.0MPa时，将高压旁路转入最小压力控制，同时在启动过程中利用旁路系统进行氧化皮吹扫，并对吹出蒸汽的含铁量进行监测。
2.2机组运行过程中的控制措施
机组运行过程中需要通过锅炉控制降低氧化皮的产生量和产生速度，所以在运行时需要对以下方面进行控制：（1）温度控制。由氧化皮的形成原因可以发现，不同温度下铁的氧化物产出种类会发生变化，所以需要对锅炉温度进行严格控制，在该过程中，需要对金属温度、受热面温度进行严格监测，需要保证各部分温度在允许范围内。（2）制粉系统控制。锅炉运行中需要进行制粉操作，该过程涉及制粉设备的切换和启停，为了降低该过程对温度的影响，需要保证设备切换和启停过程的平稳性，同时进行通风量以及燃料量的适当调整，最大程度降低温度波动。（3）完善温度监测系统。为了能够更好地进行锅炉运行温度的检测，需要在现有基础上在相应位置增加温度监测点，以实现对管道进行合理检测，另外由于氧化皮会对管道温度造成一定影响，可以通过温度监测系统找到管道中含有大量氧化皮的地点，在停机修检过程中对该位置的氧化皮进行处理。
2.3机组停机过程中的控制措施
机组停机过程中管道温度会逐渐降低，导致氧化皮的大量脱落，所以在停机过程中需要按照相应的技术标准进行，停机过程中的控制措施主要包括以下方面：（1）温度控制。温度控制过程中需要保证温度和压力变化的持续性和稳定性，严禁出现温度和压力突变情况，另外在停机过程中禁止加入减温水。（2）管道冷却。管道冷却过程需要严格按照标准进行，防止由于氧化皮和基底由于膨胀率不同而导致氧化皮大规模脱落，在该过程中，不可强制进行通风冷却操作，以防止对管道造成严重破坏，另外需要对受热面进行温度监测，在满足相应设计要求的情况下才可进行自然冷却，以我厂机组为例，停炉后炉膛吹扫完毕，立即停用送、引风机，关闭所有风门档板、保持炉底水封进行闷炉。待过热器、再热器金属壁温＜250℃，才可以自然通风冷却，不得启动引风机强制冷却。需要启动引风机冷却的，必须经公司领导批准。（3）干湿态转换过程。在锅炉停机过程中，很多管道会经历干、湿态转换过程，为了能够充分降低氧化皮的产生数量，需要尽量缩短转化时间。
2.4其余控制措施
其余控制措施主要涉及机组的维护、保养以及存放，另外还需要通过相关规定的创建对机组进行保护，其余控制措施主要涉及以下方面：（1）机组启停次数。需要最大程度降低机组的启停次数，另外冷态开启过程复杂并且能够加快氧化皮产生量，所以需要进一步降低。（2）氧化皮冲洗。氧化皮冲洗过程需要通过机组旁路系统进行，其具体操作为，先使用高压旁路系统进行冲洗，将高压旁路从30%快速提升至80%，实现第一次冲洗，第一次冲洗完成后，将其调至50%，此时操作低压旁路系统，使低压旁路系统从30%快速提升至90%，通过这种方式将氧化皮吹出。冲洗通过高、低压旁路进行，流程如下:
过热器→高旁→再热器→低旁→凝汽器
结论：综上所述，机组管道生产和运行过程中都会产生氧化皮，对机组的安全运行造成很大影响。要降低这种影响，可以通过对机组的启动、正常运行和关闭过程进行控制，最大程度降低氧化皮的产出量，降低爆管的发生几率。
参考文献：
[1]《660MW超超临界机组集控运行规程》
[2]《关于防止锅炉氧化皮脱落引起爆管的相关措施及要求（修订》
[3]刘定平. 超（超）临界电站锅炉氧化皮生成剥落机理及其防爆关键技术研究[D].华南理工大学,2012.
[4]姚兵印,李志刚,党黎军,张志博,侯召堂,唐丽英.660MW超超临界锅炉末级再热器氧化皮大面积剥落原因分析[J].电力建设,2014,35(11):132-138.
论文作者:周瑶瑶,周浩
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/8/21
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