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1、超超临界直流锅炉氧化皮产生机理和控制措施一、蒸汽侧高温氧化现象一、蒸汽侧高温氧化现象因高温水蒸汽中的结合氧与受热面金属发生的氧因高温水蒸汽中的结合氧与受热面金属发生的氧化反应，就称之为蒸汽侧高温氧化化反应，就称之为蒸汽侧高温氧化。2H2O 2H2+O2 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2高参数（超临界以上）机组中常见。高参数（超临界以上）机组中常见。对几个方面的认识：1.水蒸汽的认识：高温水蒸气具有氧化性，从400以上开始具有较强的氧化性，500-700之间最强氧化性，600以上，氧化速度加快。2.对金属材料的认识：高温强度性与高温抗氧化性。3.对氧化皮的认识：氧化皮的膨胀系数与碳钢
2、和低合金钢接近。奥氏体钢的膨胀系数要比氧化皮大很多，大幅度的温度变化导致内应力增大而使氧化皮剥离。500以上，奥氏体钢就可以与水蒸气反应，生成氧化层，570以上时，氧化层中增加了FeO相，材料氧化速度加快，在600-620之间，金属氧化速度存在突变点，氧化层迅速增厚，氧化层达到一定厚度，运行条件变化时，容易导致氧化层脱落，成为氧化皮。氧化皮的生成、生长速度以及脱落与温度及其变化水平密切相关。蒸汽温度控制在540以内，不容易发生氧化皮脱落。氧化皮是高汽温参数带来的副产物。氧化皮的结构氧化皮基本是双层结构，内外层厚度相当，外层主要是疏松结构的Fe3O4，内层为致密结构的(FeCr)3O4，其中Cr
3、含量随金属不同而不同。奥氏体钢，只脱落外层氧化皮，内层不易脱落。铁素体钢，内外两层都易脱落，管壁内部运行一段时间容易形成新的氧化皮，造成反复的形成和反复的脱落。二、蒸汽侧金属氧化膜的特点二、蒸汽侧金属氧化膜的特点金属氧化膜的生长速率主要与金属的温度、材料特性及金属氧化膜的生长速率主要与金属的温度、材料特性及其接触高温蒸汽的时间有关其接触高温蒸汽的时间有关。不同金属材料在同样的温度下，蒸汽侧氧化膜的生长速不同金属材料在同样的温度下，蒸汽侧氧化膜的生长速率是不同的。率是不同的。三、蒸汽侧高温氧化的影响三、蒸汽侧高温氧化的影响 蒸汽侧金属氧化膜有利于防止蒸汽侧氧化腐蚀，但也影蒸汽侧金属氧化膜有利于防
4、止蒸汽侧氧化腐蚀，但也影响锅炉运行的安全性和经济性。响锅炉运行的安全性和经济性。氧化皮危害：阻碍管内蒸汽流动，使壁温大幅升高，金属蠕变胀粗，导致炉管泄漏；氧化皮的绝热作用引起受热面管金属壁温上升，影响管材寿命；剥落的氧化皮若带入汽机，会损伤叶片、喷嘴和调门，固体颗粒侵蚀；氧化皮导致主汽门卡涩，造成机组停运，主汽门关不上，影响机组安全；启动阶段，汽机疏水开启，随蒸汽流动在疏水管线上，堵塞疏水阀门或细小管线上；造成汽水污染，影响汽水品质氧化皮的剥离有两个主要条件：其一是氧化层达到一定厚度；其二是温度变化幅度大、速度快、频度大，导致的氧化层层间应力加大而脱落。氧化皮的剥离机理：机组运行温度超过该材质
5、氧化皮快速增长的温度水平，氧化皮更容易形成。氧化皮性质脆硬，与基体钢材膨胀系数差异大，尤其是与奥氏体钢。管内温度与压力的波动容易造成氧化皮与基材之间的应力，超过限度，氧化皮开始脱落。如果停炉，蒸汽冷凝后在受热面的弯管处积存，与脱落的氧化皮粘接在一起，再启动，工质流量不大，不能冲走，容易发生爆管。钢材的抗氧化性能：T23T91，抗氧化温度65018Cr8Ni系TP347H抗氧化温度704TP304HTP347HFGSuper304HHR3C102：贝氏体T23：住友金属，对102改进F11，F12：高合金含量，焊接性能差T122：住友金属T91：美国，焊接差。ORNL（橡树岭实验室）和CE马氏体
6、钢T92：新日铁，对T91改进TP304H：1Cr18Ni9Ti 类似，奥氏体钢TP347HTP347HFGsuper304H：住友金属+MHIHR3C：住友金属NF709：新日铁目前氧化皮生成无法避免采用高Cr钢材，或细晶奥氏体钢材，或表面镀铬，喷丸处理等，提高抗氧化性能防止氧化皮大面积剥落的措施：启动过程，加强冷、热态清洗；启停以及升降负荷时，控制升温升压或者降温降压的速率，尽量少用减温水；转干态后，大流量冲洗；减少启停次数，尤其短时间内；必要时，降温运行；跳机、停炉后，减缓锅炉降温速度。减缓氧化皮生长的措施：严禁锅炉超温超负荷运行；控制热偏差，坚持受热面热偏差监视，改善温度场分布及受热面
7、吸热均匀性；减少汽温偏差，防止局部超温；燃烧调整作为调温手段，减少或避免使用减温水大开大关来调温；加强炉膛吹灰，定期清洁炉膛，改善受热面传热。对策思路：应设法防止和减缓高温蒸汽金属氧化物的生成;对已生成的金属氧化物应避免其脱落;对已脱落的金属氧化物应尽快予以清除;对未能清除的金属氧化物应尽量减轻其对受热面和汽轮机叶片的破坏等氧化皮量少，没有堆积堵塞，是氧化皮现象。氧化皮量少，没有堆积堵塞，是氧化皮现象。氧化皮量大，大面积脱落，堆积堵塞引起超温甚至爆管氧化皮量大，大面积脱落，堆积堵塞引起超温甚至爆管是氧化皮问题。是氧化皮问题。超临界机组的氧化皮问题：超临界机组的氧化皮问题：管材在高温特别是超温的情况下，管材在高温特别是超温的情况下，由水蒸气氧化生成氧化层，由水蒸气氧化生成氧化层，达到一定厚度的情况下，达到一定厚度的情况下，由于快冷等原因，由于快冷等原因，造成大面积脱落堆积在管内，造成大面积脱落堆积在管内，导致蒸汽流量减少或中断，导致蒸汽流量减少或中断，对管壁的冷却恶化，对管壁的冷却恶化，造成管壁超温或者爆管。造成管壁超温或者爆管。
