超(超)临界机组氧化皮产生的原因及防治措施

第３３卷第３期

２０１１年３月

华电技术

ＨｕａｄｉａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ｖ０１．３３Ｎｏ．３

Ｍａｒ．２０１１

超（超）临界机组氧化皮产生的原因及防治措施

范文标

（福建可门发电有限公司，福建福州３５０５１２）

摘要：介绍了（超）超临界机组氧化皮的形成机制及过热器、再热器内壁氧化层脱落的主要条件。论述了氧化皮的主要危害，分析了机组运行方式、系统配置及材料选择与氧化皮形成的关系，提出了设计、调试及运行阶段氧化皮的防治措施。

关键词：（超）超临界机组；氧化皮；加氧处理；旁路系统；过热器；再热器中图分类号：ＴＫ

２２４．９

文献标志码：Ｂ

文章编号：１６７４—１９５１（２０１１）０３—０００１一０４

１超（超）临界机组的氧化皮

超（超）临界机组的氧化皮可分为２类：锅炉过热蒸汽系统的氧化皮和锅炉水系统的腐蚀物。

１．１

清除干净，在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时（此时温度不会超过５７０℃），管道内壁会形成致密的、不易脱落的氧化膜（由Ｆｅ：０，和Ｆｅ，０。组成，这种氧化膜和金属的基体结合很牢固，只有在有腐蚀介质和应力条件下才会被破坏）。当日后机组运行于超临界工况下，温度超过５７０ｏＣ时，这种氧化膜可以减缓钢材的进一步氧化，同时自身也可以相对保留较长时间。采用加氧运行，可加速形成上述氧化膜。

（２）如果在锅炉投运之前，酸洗和吹管２个环节不过关，没有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：脱落一氧化一再脱落一再氧化，最终形成大量的氧化皮。

Ｉ．１．２氧化皮的脱落

过热器、再热器内壁的氧化层脱落有２个主要条件：一是垢层达到一定厚度（临界值）；二是母材基体与氧化膜或氧化膜层间应力达到Ｉ临界值。随着氧化膜厚度的增加，其发生脱落的几率增大。

在机组运行期间，过热器管和再热器管表面氧化层会逐渐增厚。当管壁超温时，过热器管和再热器管表面氧化层会迅速增厚，由双层结构变成多层结构。当氧化皮增长到一定的厚度时，由于温度变化等因素的影响，就会出现氧化皮的脱落。１．２锅炉水系统的腐蚀物

锅炉水回路中使用的材料主要是碳钢和低合金钢，也有部分高合金钢以及铜合金材料，在水系统中接触的工质是经过化学药剂处理后的高纯水，进入锅炉蒸发系统和汽轮机中的铁氧化物杂质包括锅炉水系统管道的腐蚀物。铁氧化物可能沉积在蒸发系统、过热系统及再热系统管道内，导致爆管；铁氧化物进入汽轮机，使汽轮机效率降低以及叶片腐蚀；

过热蒸汽管道（包括再热蒸汽系统）的氧化皮过热蒸汽管道内氧化膜的形成分为制造加工和

１．１．１氧化皮的形成机制及特点运行后２个阶段。

在过热蒸汽管道制造加工过程中，氧化膜是在

５７０

ｏＣ以上的高温条件下，由空气中的氧和金属结

合形成的。该氧化膜分３层，由钢表面起向外依次为ＦｅＯ，Ｆｅ，０。和Ｆｅ：Ｏ，。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，以保证在机组运行时形成良好的氧化层。同时，在基建调试期可以考虑对过热器和再热器管道进行加氧吹扫，在易脱落的氧化层颗粒冲掉的同时，加速形成坚固的氧化层，否则，在投运后会产生严重的氧化皮问题。

在４５０—５７０℃阶段，水蒸气与纯铁发生氧化反应，生成的氧化膜由Ｆｅ：０，和Ｆｅ，０。组成，Ｆｅ：０，和Ｆｅ，０。都比较致密，可以保护或减缓钢材的进一步氧化。在５７０ｏＣ以上，水蒸气与纯铁发生氧化反应，生成由Ｆｅ２０３，Ｆｅ３０。，ＦｅＯ组成的氧化膜，ＦｅＯ在最内层，ＦｅＯ是不致密的，破坏了整个氧化膜的稳定性，氧化膜易脱落。因此，过热蒸汽管道内壁在运行后所形成的氧化膜可分为以下２种情况：

（１）如果在锅炉投运之前，通过严格的酸洗和吹管２个环节，将金属管道内壁易脱落氧化层彻底

收稿日期：２０１０—０６—１２；修回日期：２０１０－０７一０７

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第３３善

铁轼化物进人主汽闽和调协闽，使阀¨的胡竹特性

改变干ｎ甚化．甚至卡，Ｅ所以，防止造些材料的稿蚀是十升重要ｆｎ．

各种盐酸碱和金属腐蚀产物等物质在蒸汽－｝－的溶解度随蒸汽压山丁卜高而提高。ｎ：超临界旭力

下．汽水不分，即汽水尤升界面，燕汽和水具备同样的溶解特性删此．肘超（超）临粹机组米说．当

机纽运行往高负荷或额定负荷（即超临界『．况）时，若锅炉给水乐统的金属廊蚀产物束得到合理控制．大量的金属腐蚀产物同样会沉积牲过热系统管ｉ酋内壁，衙亚临界机组的金属腐蚀产物则士要玑税枉锅炉水系统管道山壁任此情况下，超【超）临界虮组过热系统管道山壁的金幅氧化物ｍ２部分组成：锚炉给水系统会属腐蚀物和高温蒸汽氧化皮其结构为非致密的，加速了氧化皮的脱落、再生长及再脱

落。因此，对超（超）怖界机组来说，｛ｉＩ｝炉水系统腐

蚀物的拄制将更加重要

若采用传统的挥发性物质处理法（ＡＶＴ）则管壁内表面形成的足晶粒粗大、凹凸不平的黑色磁性

ｈ，饥膜，过种氧化膜不仪热阻大、｝ｉ：｝程水坩ｉ人．１ｎＪ

且在高温纯水 ｉ－比Ｆｅ，０，的溶解性更强易形成｛】ｉｃ动而加速腐蚀．嘲而耐蚀性能差：其化学反应如Ｆ

３Ｆｏ＋４Ｈ，０一ｎ，Ｏ．＋８ｌｌ＋…８

若采用加氩、加氧的联台处理法（ＧＷｆ），由ｒ承中溶解氧的存在，管嚷内表晰能够迅速形成致密

的双层保护膜，内层是黑色磁性Ｆｑ０４层．外层是表面平整呈红棕色的ｎ，Ｏ，层，外层保护膜具７ｉ良好的丧面特件，凼而阻止ｒ碳钢的进一步腐蚀其化学反应如Ｆ自层

３Ｆｅ＋４Ｈ

２０—ＦｅｌＯｄ＋８Ｈ。＋８ｅ，

外层４Ｆｅ＋４Ｈ２０＋０。

２ｈ，０ｌ＋８Ｈ’＋８ｅ．

２Ｆｅ、（Ｌ＋Ｈ，Ｏ一３Ｆｅ，Ｏ、＋２Ｈ’＋２ｅ．、

若采坩加氧运行．当会属表面氧化膜破裂时，氧在氧化膜表面参与刖极厦虚还原，将瓴化膜破损处的Ｆｅ“氧化为Ｆｅ“．使破损的氧化膜得到修复

加氧处理是超（超）临界机组必需的给水处理上艺。

２氧化皮的危害

目前，国内已投运的趟（超）ｌ临界机组｛辛墒存在严熏的氧化皮问题，其危害巨大，主要表现在咀Ｆ５

个方面：

（”氧化皮堵塞管道．引起相应的受热而管璧

金属超温，最终导致机组强追停机。

（２）长期的氧化皮脱落，使管壁变簿强度变

差，直至爆管。

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（３）锅炉过热器冉热器．Ｆ蒸汽符逆搜冉热焦

汽管道内剥落下来的轼化虚是坚硬的附体颗耗．严

甭损协汽轮机通流部分高／中压绒的喷嘴、动ＩＩ¨｛、

主汽阀驶旁路】ｉ１４等，导数汽轮机诬流部竹敏率降骶．损伤严乖¨寸甚至必须更换ＩＩｆ片

（４）检修刷期缩短．维护费ＨＪｆ：升。

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