工業(yè)鍋爐高溫受熱面氧化皮堵管成因及應(yīng)策

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1、工業(yè)鍋爐高溫受熱面氧化皮堵管成因及應(yīng)策摘要：工業(yè)鍋爐高溫氧化皮脫落后會在末級處堆積，這會減少了管道的流通截面，造成堵管進而發(fā)生管道爆管。為此，筆者在論述高溫受熱面氧化皮發(fā)生、脫落、堆積的成因的基礎(chǔ)上，有針對性的采取了應(yīng)對措施，使由于高溫受熱面氧化皮脫落而發(fā)生堵管的現(xiàn)象大大減少，有效保證了機組的運行安全性，可供參考。關(guān)鍵詞：工業(yè)鍋爐；高溫氧化皮；堵管；脫落；堆積;成因；應(yīng)對策略中圖分類號：TM62文獻標識碼：A隨著鍋爐高溫過熱器和高溫再熱器出口溫度的提升，原髙溫受熱面采用的低合金耐熱鋼材料已不再能滿足鍋爐超高溫運行

2、工況要求。因此，高合金奧式體材料在超臨界和超超臨界鍋爐上開始廣泛應(yīng)用。然而，髙溫下奧式體鋼管內(nèi)壁不可避免的被水蒸氣氧化，鍋爐長時間運行氧化膜生長形成一定厚度的氧化皮，因氧化皮和鋼管基材存在較大的膨脹系數(shù)差，在停爐冷卻過程中氧化皮受應(yīng)力作用脫落、堆積堵塞受熱面管，如檢查清理不徹底，就會造成鍋爐再次啟動后超溫爆管。為了防范爆管情況的發(fā)生，就必須減少和避免氧化皮脫落及堆積。1金屬蒸汽氧化腐蝕機理高溫蒸汽管道內(nèi)壁生成氧化膜是自然過程，開始氧化膜形成的很快，一旦膜形成后氧化速度減慢。但隨著運行時間加長，在高溫高壓劇烈波動條

3、件下，由于基材和氧化皮熱膨脹系數(shù)的不同，金屬表面的氧化膜會產(chǎn)生裂紋，裂紋的存在使得基體金屬直接暴露于氧化環(huán)境中，加速了氧化進程，氧化層也向雙層、多層發(fā)展。高溫金屬材料SA-213TP347H為奧氏體不銹鋼，當(dāng)奧氏體不銹鋼長期處于高溫、髙壓水蒸汽中時，管子內(nèi)壁也會氧化。Cr的活性較高，在氧化初期階段，管子內(nèi)表面會生成很薄的Cr203氧化膜，這層膜可以阻止管子內(nèi)壁的進一步氧化,但只有Cr含量高達20%時，合金表面才會生成致密的氧化膜。隨著時間的增長，氧化膜以下的基體相應(yīng)發(fā)生Cr的貧化，在溫度、壓力劇烈波動情況下，外層

4、氧化皮出現(xiàn)細微的裂紋,Fe向氧化膜外擴散，大大惡化了其高溫下抗氧化能力，氧化速度加快，氧化層也開始向雙層、多層發(fā)展。不銹鋼雖然抗氧化能力較強，但在高溫時，溫度、壓力劇烈波動條件下，由于氧化膜的破裂，氧化速度亦是很快的。多年研究表明，蒸汽氧化與材質(zhì)的晶粒度有關(guān)，SA-213TP347H材質(zhì)要求晶粒度在7級以上才能生成Cr203型氧化膜，但目前管材(TP304H.TP347H)的晶粒度多在4-6級，晶粒度等級低，無法生成Cr203保護氧化層。2氧化皮的脫落氧化皮的脫落有兩個主要條件：(1)氧化層達到一定厚度，通常不銹

5、鋼為0.1mm,鉆卒目鋼為0.2?0.5mm；(1)溫度變化幅度大，速度快，頻率高。氧化皮的脫落主要是由于氧化皮與金屬基體的熱膨脹系數(shù)不一樣造成的。SA-213TP347H鋼材的膨脹系數(shù)在(1-20)X10-6/°C,而氧化鐵的膨脹系數(shù)在9.lX10-6/°Co由于熱膨脹系數(shù)相差一倍，在溫度升高時，氧化皮受拉應(yīng)力，溫度快速降低時，氧化皮受壓應(yīng)力，所以溫度劇烈或反復(fù)變化時很易產(chǎn)生裂紋以至于脫落。相對于珠光體鋼和馬氏體鋼(熱膨脹系數(shù)(12-14)X10-6/°C)熱膨脹系數(shù)與氧化皮比較接近，脫落的幾率相對少，這就是為

6、什么TP347H氧化皮更容易脫落的原因。高溫氧化遵循拋物線規(guī)則，由于TP347H管的氧化皮的熱膨脹系數(shù)與基體材料的熱膨脹系數(shù)有較大的差異，在鍋爐快速啟停時，氧化皮容易脫落(幾微米就可脫落)，脫落后使基材暴露在蒸汽中，而拋物線特性為初始氧化速度極快,導(dǎo)致反復(fù)脫落，反復(fù)氧化，氧化速度加快。脫落的氧化皮會堆積在管內(nèi)，使該管蒸汽流量減少，管壁溫度升高，更加快氧化進程。3氧化皮堆積的成因脫落的氧化皮在U型彎的底部停滯，由于機組啟動時蒸汽流量較少，無法將其帶走。脫落的氧化皮不斷地積聚，到一定數(shù)量時，即使負荷較高時，也無法將其

7、帶走，慢慢地堵塞管子，造成管壁超溫。停爐冷卻過程中，部分蒸汽凝結(jié)成水，積于U型管底部，淹沒了脫落的氧化皮，隨著U型管底部積水的逐漸蒸發(fā)，氧化皮一層緊貼一層，積聚成核狀，堵死管道的流通截面。4應(yīng)對氧化皮產(chǎn)生、脫落、堆積策略為保證鍋爐安全運行，防止出現(xiàn)爆管情況，一是預(yù)防氧化皮的產(chǎn)生，二是預(yù)防氧化皮脫落，三是預(yù)防氧化皮堆積。4.1應(yīng)對氧化皮生成的策略(1)嚴格按機組運行規(guī)程規(guī)定的鍋爐上水水質(zhì)，控制上水速度8%BMCR流量左右，上水溫度與汽水分離器壁溫差500ug/1時，清洗水經(jīng)疏水?dāng)U容器排地溝或循環(huán)水系統(tǒng)不回收；在貯水

8、箱排水Fe<500ug/l,一般在200?300ug/1時才排入凝汽器循環(huán)。在給水操縱臺前疏水管排水Fe<200ug/1時，鍋爐開始上水，可以進行冷態(tài)清洗。冷態(tài)清洗結(jié)束后，鍋爐點火，進行熱態(tài)沖洗，在水冷壁出口水溫升高至18CTC左右進行熱態(tài)清洗，冷態(tài)啟動在0.5?0.7MPa壓力下發(fā)生汽水膨脹，熱態(tài)清洗應(yīng)該在汽水膨脹結(jié)束后進行。這一過程是清洗Fe過程，必須嚴格按照規(guī)程要求