【摘 要】近几年，超临界机组占据了火力发电厂主流。本文主要阐述了超临界锅炉过热器管存在的氧化皮产生机理、危害以及防治措施，对降低过热器泄露起到了一定的预防作用。

　　【关键词】超临界；氧化皮；过热器

　　根据国家发改委制定的2020年电力发展规划，计划到2020年全国发电总装机容量将达到9亿千瓦，其中火力发电机组比例约占总容量75%左右。由于电力是最大的煤炭用户，所以提高煤炭的利用效率，提高燃煤电厂的效率一直在不断研究深化。开发建设大容量发电机组成了主要发展方向。随着机组容量的增大，其参数在不断提高，尤其近几年的超临界机组发展迅猛。随着超临界火电机组的成功运行，取得了一些重要的选型、调试和运行经验，但对于超临界锅炉选材来说也存在一些问题，影响着锅炉的安全稳定运行，过热器氧化皮脱落导致爆管现象在火电厂时有发生，必须采取措施，以保证机组安全稳定运行。

　　早在40年前，国外有些国家就已经开始研究金属表面氧化层形成与脱落现象，通过大量试验分析，认为金属表面蒸汽氧化层的形成与剥离主要是由运行工况温度变化及金属材料的选材等方面因素所决定的。由于氧化层脱落涉及锅炉受热面的设计布置、金属选材、机组运行工况和参数等多种因素，目前主要是通过提高受热面材质、调整运行工况、合理布置受热面等方式减缓过热器氧化皮的产生。在我国火力发电厂也发生过许多大机组过热器、再热器管氧化层堵塞导致的爆管、调门卡涩和汽轮机叶片的固体颗粒侵蚀问题，造成了多起停机停炉事故，对机组长期安全稳定运行产生了巨大影响。

　　1 形成机理

　　过热蒸汽管道氧化膜的形成分制造加工和运行期间两个阶段。

　　1.1 制造加工过程：由于锅炉受热面材质要求较高，必须在高温下制造，而氧化膜的形成是在570℃以上的高温条件下，由空气中的氧和金属表面结合形成的。氧化膜分三层，由金属表面起向外依次为FeO?Fe3O4?Fe2O3。试验表明：与金属相连的FeO层结构疏松，晶格缺陷多，当温度低于570℃时结构很不稳定，极易脱落，或在半脱落层部位发生腐蚀现象。若不对其进行处理，在该管材投运后便产生严重的氧化皮问题，形成脱落――氧化――再脱落――再氧化的恶性循环，最终形成大量氧化皮堆积，导致管内水动力受阻，局部超温爆管。

　　1.2 运行期间的氧化膜产生主要分为两种情况：在450℃至570℃之间，水蒸汽与金属表面直接接触，并发生氧化反应，生成的氧化膜由Fe2O3和Fe3O4组成，Fe2O3和Fe3O4都比较坚实、致密，可以保护或减缓金属表面的进一步氧化。当温度上升至570℃以上时，水蒸汽与金属继续发生氧化反应，生成的氧化膜由FeO?Fe3O4?Fe2O33层组成，FeO在最内层，而FeO结构疏松，极易脱落，破坏了整个氧化膜的稳定性，使氧化膜易于脱落。所以严格控制受热面超温是运行期间机组控制氧化皮生成的关键。

　　2 氧化皮的危害

　　氧化皮不仅影响锅炉安全稳定运行还会影响汽机系统的安全可靠性。主要危害有：

　　2.1 过热器管子内径较细，氧化皮数量较多，易将管子或弯头处堵塞，造成局部超温爆管。

　　2.2 氧化皮脱落后，原管径变薄，受炉内烟气磨损后，易发生爆管泄露。

　　2.3 氧化皮若进入汽轮机调门，易发生调门卡涩，负荷波动、甚至超速等重大事故。

　　2.4 氧化皮进入汽轮机后，对汽轮机通流部分造成损伤，严重时发生叶片断裂事故。

　　3 采取的措施

　　3.1 在新锅炉投产前，一般都进行酸洗，但有的流于形式，不彻底、不到位，缺少质量检验把关，对投运后产生了很大不利影响，因此一定要对锅炉进行严格酸洗，必须确保全部去除制造加工过程形成的易脱落氧化层，然后再重新进行钝化，以使其在投运后形成良好的致密氧化层。同时，在受热面安装调试期间也可以对过热器和再热器管道进行加氧吹扫，将易脱落的氧化层颗粒冲掉，同时加速形成坚固的氧化层。否则，在受热面投运后会产生严重的氧化皮问题，给机组安全运行带来很大麻烦。

　　3.2 采取稳压吹管方式，彻底清除受热面内部杂物：由于降压吹管的时间短、吹管系统达不到标准要求，因此，采用稳压吹管方式，投入汽动给水泵，保证吹管流量的供应。并在吹管期间，严格掌控过热器、再热器受热面温度及燃烧调整。

　　3.3 加强壁温监测，提高抗氧化皮的预警能力，在过热器上合理布置温度测点，尤其是最易发生氧化皮堵塞的末级过热器，每排管屏上均进行实时监测，得出末级过热器沿炉膛宽度及深度方向的温度分布情况、壁温偏差情况，从而为运行人员及时发现壁温超温、烟气分布不均提供了可靠依据，及时进行调整，确保各项参数控制在安全可靠范围内。

　　3.4 机组在冷态启动过程中，必须严格按照机组升温控制曲线进行控制蒸汽温度。不能为了急于并网或节约燃油，不按曲线控制蒸汽温度，机组并列前的温升速率控制应<3℃/min，机组并列后的温升速率控制应<2℃/min；热态启动过程中，应根据当时机组温度，严格按照不同热态升温曲线控制，锅炉的烟风系统要与其它系统同步启动，防止受热面金属温度降低。烟风系统启动后炉膛通风控制总风量为35%，在炉膛通风5min结束应立即点火，尽快投入燃料，控制各过热器、再热器处烟气温度不下降，防止受热面金属温度降低；事故停机后，尽可能采取闷炉措施，维持停炉前的温度和压力等参数，同时尽快查明事故原因，并迅速解决，努力实现机组的热态或极热态启动。由于故障紧急停机，炉膛通风10min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闷炉，防止受热面金属温度快速降低。

　　3.5 科学合理地进行机组化学清洗工作，选用有机酸―柠檬酸做为清洗药剂，化学清洗前对过热器、再热器充氨保护，避免了奥氏体钢接触氯离子带来的危害。

　　目前，我国发电设备用耐热钢的研发能力和水平远落后于发达国家。为不影响我国超临界以上机组的发展，应优先采用国外新材料开发的成果，待条件成熟之后，逐步国产化，从而带动国内材料技术的发展。国外的成功运行经验为我国设计制造超超临界机组打下良好基础，但材料的若干技术问题还须进一步研究：在所选参数条件下，受热面材质、壁厚、用量和布置形式等分析；还应验证新材料的持久强度、蠕变强度、断裂韧性、低周疲劳特性、设计应用安全系数，热应力寿命损耗特性、工艺性等。

　　[责任编辑：汤静]