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超(超)臨界鍋爐氧化皮脫落原因分析及防治措施

文檔作者：陳媛王旭文檔來源：國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院(泰山校區(qū))新能源培訓(xùn)部		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年07月16日
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第35卷第1期
2013年1月
華電技術(shù)
Huadian Technology
Vo1．35 No．1
Jan．2013
超(超)臨界鍋爐氧化皮脫落原因分析
及防治措施
陳媛，王旭
(國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院(泰山校區(qū))新能源培訓(xùn)部，山東泰安271000)
摘要：結(jié)合實(shí)際案例分析了超(超)臨界鍋爐氧化皮生成及脫落的原因，采取了控制氧化皮生成及脫落速度的有效措
施，從而減少了氧化皮堵管，提高了設(shè)備可靠性。
關(guān)鍵詞：超(超)臨界鍋爐；氧化皮脫落；原因分析；防治措施
中圖分類號：TK 223．1 1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1674—1951(2013)01—0001—03
1 氧化皮形成機(jī)制
隨著超(超)臨界發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，特別是溫度
參數(shù)的顯著提高，氧化皮脫落導(dǎo)致的機(jī)組爆管造成
非計(jì)劃停運(yùn)的事故越來越多。如何減緩超(超)臨
界機(jī)組氧化皮脫落速度，提高機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)
性，成為目前亟待研究的問題。
超(超)臨界機(jī)組蒸汽參數(shù)高，主蒸汽溫度均在
570℃左右，在該溫度下水蒸氣氧化性很強(qiáng)，鍋爐管
內(nèi)壁產(chǎn)生蒸汽氧化是一種必然的現(xiàn)象。鐵與水反
應(yīng)，生成Fe(OH) ，飽和后，在一定溫度范圍轉(zhuǎn)化為
Fe3O4，3Fe+4H2O Fe3O4+4H2，高溫反應(yīng)在鐵
表面進(jìn)行，在表面形成Fe O 氧化膜并析出氫。當(dāng)
溫度高于570 o(=時(shí)，內(nèi)部氧化物的分布為FeO，
Fe O ，F(xiàn)e O，，F(xiàn)eO與金屬基體相結(jié)合不致密。氧化
膜的生長遵循塔曼法則，即氧化膜的生長與溫度和
時(shí)間有關(guān)。此外，氧化膜的生長速度還與蒸汽壓力
有關(guān)，蒸汽壓力低時(shí)生長速度較快，不同材質(zhì)蒸汽側(cè)
氧化皮生長速度是不一樣的，一般來說，金屬溫度對
氧化速度的影響最大，而蒸汽壓力的影響相對較小
且溫度對于不同鋼種蒸汽氧化速度的影響方向和程
度也不盡相同? 。
2 氧化皮脫落機(jī)制
過熱器和再熱器長期處在高溫運(yùn)行環(huán)境中，過
熱器和再熱器管子內(nèi)壁會(huì)被高溫蒸汽不斷氧化形成
連續(xù)的氧化皮，附著在管壁上。氧化皮的脫落一般
具備2個(gè)條件：一是氧化皮要達(dá)到一定厚度(不銹
鋼0．1[rim，CrMo鋼0．2～0。5mm)；二是高溫蒸汽管
收稿日期：2012—08—09
道溫度變化頻繁且幅度較大。由于氧化皮的膨脹系
數(shù)與奧氏體不銹鋼金屬的線膨脹系數(shù)差別很大(不
銹鋼2．1×10～，氧化物0．9×10 )，溫度變化時(shí)就
會(huì)引起氧化皮破裂并從金屬表面剝離，因此，管內(nèi)氧
化皮大面積剝落一般發(fā)生在機(jī)組啟、?；驕囟葎×?
變化時(shí)
3 氧化皮的危害
(1)氧化皮脫落后掉人管子底部，當(dāng)堆積量達(dá)
到一定程度時(shí)會(huì)造成管道堵塞，導(dǎo)致受熱面超溫
爆管。
2011—10—20—24，中電投河南電力有限公司開封
發(fā)電分公司 2機(jī)組600 MW超臨界直流鍋爐高溫過熱
器大面積爆管。機(jī)組停運(yùn)冷卻后進(jìn)行內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)
高溫過熱器由于進(jìn)口管段短期過熱造成原始爆口7
個(gè)，高溫過熱器被吹損后發(fā)生爆口3個(gè)，高溫再熱器被
吹損后發(fā)生爆口6個(gè)。在搶修期間，在過熱器中共取
出氧化皮質(zhì)量達(dá)9 392 g，單個(gè)彎頭取出的氧化皮最大質(zhì)
量為388g(取出氧化皮的狀況如圖1所示)。作者分析
認(rèn)為，此次高溫過熱器大面積爆管是由于氧化皮脫落，
使得管內(nèi)工質(zhì)流通不暢，造成管子嚴(yán)重超溫爆管，爆管
后未及時(shí)停爐，在非常高的蒸汽壓力下，致使所爆管子
在爐內(nèi)發(fā)生不定向位移和扭曲。
(2)如果氧化皮在主汽門處堆積，很容易造成
主汽門卡澀，從而導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)，主汽門無法關(guān)閉。
2005—10—09，華電新疆葦湖粱發(fā)電有限公司 2機(jī)
組檢修后準(zhǔn)備啟動(dòng)，在靜態(tài)掛閘試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)主汽門
卡澀。取垢樣分析后，發(fā)現(xiàn)閥桿與汽封套筒之間產(chǎn)
生氧化皮，引起調(diào)門卡澀 。
(3)流動(dòng)蒸汽帶出的氧化皮會(huì)對汽輪機(jī)部件產(chǎn)
生固體顆粒侵蝕，造成汽輪機(jī)噴嘴和葉片侵蝕損壞。

第1期 陳媛，等：超(超)臨界鍋爐氧化皮脫落原因分析及防治措施 ·3·
行方式及必要時(shí)考慮降低機(jī)組的負(fù)荷運(yùn)行等措施，
嚴(yán)格控制運(yùn)行中高溫過熱器出口蒸汽溫度不超過
(566±5)oC，屏式過熱器出口溫度不超過540 oC，高
溫再熱器出口蒸汽溫度不超過569℃ 。
(2)盡可能減少啟、停次數(shù)，控制溫度升降速率。
在機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照升溫曲線控制蒸
汽溫度，控制并列前溫升速率≤3．0℃／ n，并列后溫
升速率≤1．8℃／rnjn。在事故停機(jī)時(shí)，控制屏式過熱
器、高溫過熱器、高溫再熱器溫降速率≤3．0℃／rnin，主
蒸汽、再熱蒸汽降壓速率≤0．3 MPa／min。
(3)在機(jī)組啟動(dòng)期間，對受熱面進(jìn)行吹掃。吹掃
時(shí)嚴(yán)格監(jiān)視凝結(jié)水質(zhì)和高溫過熱器，控制高溫再熱器
受熱面溫差。當(dāng)水質(zhì)合格且受熱面溫差在正常范圍
內(nèi)時(shí)，停止吹掃。如果個(gè)別溫差偏大，則重復(fù)吹掃。
(4)機(jī)組在檢修期間，采用氧化皮檢測儀器對受
熱面進(jìn)行檢測，及時(shí)清理堆積在受熱面內(nèi)的氧化皮。
(5)做好高溫過熱器及再熱器壁溫突降的監(jiān)視
工作。華電宿州發(fā)電公司規(guī)定過熱器1 h內(nèi)溫度突降
控制在6o℃以內(nèi)，再熱器1 h內(nèi)溫度突降控制在70℃
以內(nèi)，以防止溫度變化劇烈導(dǎo)致氧化皮脫落堵管。
(6)在檢修期間，清除主汽門處的氧化皮，保證
主汽門不卡澀。
4．2 大唐呂四港發(fā)電公司案例
4．2．1 機(jī)組概況
大唐呂四港發(fā)電公司 1機(jī)組為660 MW超超
臨界機(jī)組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造的HG一2000／
26．15一YM3型直流鍋爐，采用n形布置、單爐膛、
平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)。過熱、
再熱蒸汽出口溫度設(shè)計(jì)值分別為605 oC和603 oC。
2010—03—14機(jī)組投產(chǎn)，給水采用全揮發(fā)處
理，2010—12—23改為加氧處理。至2011—05—03
機(jī)組檢修時(shí)，機(jī)組累計(jì)運(yùn)行9 336 h，加氧累計(jì)運(yùn)行
3 144 h。
鍋爐過熱器系統(tǒng)采用四級布置，沿蒸汽流程依次
為水平與立式低溫過熱器、分隔屏過熱器、屏式過熱
器和末級過熱器。末級過熱器蛇形管共有56屏，每
屏由15根管彎成，管徑為 51／60，材質(zhì)主要為SA一
213S30432，SA一213TP347H和SA213TP310HCbN，平
均厚度為7．0～14．5 mm。再熱器分成低溫再熱器和
末級再熱器兩級。末級再熱器蛇形管共70片，每片
由11根管組成，其材質(zhì)主要為TP347H，SA一
213S30432和SA213 1OHCbN，平均壁厚為4．0～
5．0mm。
4．2．2 事故過程
2011—05—03，在停爐過程中對后屏過熱器、末
級過熱器、末級再熱器下彎頭進(jìn)行氧化皮堆積量檢
測，發(fā)現(xiàn)末級過熱器、末級再熱器存在氧化皮堆積量
超標(biāo)管圈數(shù)各達(dá)十幾根。在處理過程中，隨著管屏
的晃動(dòng)，氧化皮大面積脫落，堆積量超標(biāo)的管圈迅速
增加，達(dá)到數(shù)百根。
末級再熱器入口的最終檢測結(jié)果表明，僅外3
圈腐蝕較輕，外4～11圈腐蝕都較為嚴(yán)重。因此，對
外4～11圈全部割管清理。
對于末級再熱器出口，所有管屏氧化皮都檢測
到較多堆積量，全部割管清理。
4．2．3 原因分析
(1)根據(jù)研究的結(jié)果，對于粗晶粒奧氏體不銹鋼、
蒸汽出口設(shè)計(jì)溫度為570℃的鍋爐，管內(nèi)壁氧化皮發(fā)生
剝落的時(shí)間約在投運(yùn)后10 000 h左右 。此次機(jī)組壁
溫計(jì)算值不超過603℃，對應(yīng)的蒸汽溫度計(jì)算值不超過
582 qC，氧化皮發(fā)生剝落前已累計(jì)運(yùn)行9336h，其數(shù)值與
文獻(xiàn)報(bào)道的蒸汽出口溫度設(shè)計(jì)為570℃出現(xiàn)早期脫落
的10000h較為接近。所以，對于此次氧化皮脫落問
題，可參照相關(guān)對蒸汽出口溫度設(shè)計(jì)為570 oC的
TP347H鋼大面積脫落的情況進(jìn)行分析。
(2)對不銹鋼來說，在機(jī)組啟、?；蜇?fù)荷、溫度
和壓力大幅變化時(shí)，厚度增加到0．05～0．15 mm的
氧化皮在熱應(yīng)力的作用下就會(huì)產(chǎn)生裂紋而大量脫
落 J。此次脫落的氧化皮如圖3所示，厚度大約在
0．05 mm，基本為能脫落厚度的下限。
4．2．4 防治措施
(1)嚴(yán)格控制運(yùn)行溫度。由于華電宿州發(fā)電公
司的壁溫測點(diǎn)都裝在爐外，壁溫測點(diǎn)報(bào)警值按照低
于抗氧化許用溫度30～50℃ 設(shè)定和控制。對于再
熱器側(cè)，由于在啟動(dòng)或事故狀態(tài)下，容易存在干燒現(xiàn)
象，應(yīng)及時(shí)投入旁路系統(tǒng)減少干燒的時(shí)間。
(2)盡量減少冷態(tài)啟、停次數(shù)，提高熱控系統(tǒng)可
靠性，減少非停次數(shù)。
(3)控制啟、停爐和升降負(fù)荷速度。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)
不可過早將制粉系統(tǒng)投入運(yùn)行，應(yīng)先投人油槍進(jìn)行升
溫升壓控制，投油1～2 h后再適時(shí)投入制粉系統(tǒng)。
機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)，不允許進(jìn)行強(qiáng)冷，應(yīng)采用悶爐處理
(約72 h)，以減少氧化皮的剝落總量和剝落物尺寸。
(4)注重采用調(diào)節(jié)煤水比及燃燒器擺角等手段
來控制主蒸汽和再熱汽溫，盡可能減少噴水減溫的
使用概率和噴水量，尤其是三級減溫水。
(5)及時(shí)清理氧化皮。氧化皮脫落主要發(fā)生在
啟、停爐過程中，在啟爐結(jié)束后，應(yīng)在一段時(shí)間內(nèi)盡
量維持機(jī)組相對大負(fù)荷運(yùn)行，盡快帶走受熱面內(nèi)殘
存的氧化皮。大修停爐時(shí)應(yīng)盡快停爐冷卻，使氧化
皮能夠迅速脫落以便及時(shí)清理。
(6)定期割管進(jìn)行管材狀態(tài)分析。(下轉(zhuǎn)第6頁)

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