吴道财 于文翔 蔡浩
概述：本文以华润某电厂2×600MW 超临界机组锅炉高温再热器管屏氧化皮形成、剥落及预防措施为基础开展分析和研究，为其它同类型的火电机组氧化皮的防治提供借鉴意义。
关键词：氧化皮；形成机理；剥落原因；预防措施。
1 引言
随着我国超（超）临界火电厂技术的不断发展，锅炉受热面的蒸汽温度不断提高。目前，我国既有蒸汽出口设计温度为570℃左右的超临界机组，也有蒸汽出口设计温度为600℃左右的超（超）临界机组。据统计，我国各大发电集团因氧化皮剥落而导致管道超温爆管的事件时有发生，如何减缓氧化皮剥落堵塞导致的超温爆管，已成为火电机组锅炉亟需解决的问题。因此，有必要就高温受热面氧化皮形成、剥落及预防措施开展全面的分析和研究,以便找出综合防治和处理管内氧化皮堆积的有效对策。
2 设备概况
华润某电厂两台HG1885/25.4－YM1型超临界锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司设计制造的，该锅炉采用单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型布置。
高温再热器管束共计95 屏，每屏为 10 根U 形受热面管，规格为φ51×4.5mm，主要材质为 SA-213TP347H和SA-213T91。
高温过热器管束共计30 屏，每屏为 20 根U 形受热面管，规格为φ44.5×9.5mm，主要材质为 SA-213TP347H和SA-213T91。
屏式过热器管束共计30 屏，每屏为 28 根U 形受热面管，规格为φ38×7.5mm，管子主要材质为 SA-213TP347HFG和SA-213T91。
3 影响氧化皮形成因素
（1）材质
根据王力园等［1］研究结果发现，水蒸气在高温下与接触的管子内壁发生物理、化学反应生成氧化皮。经历年氧化皮检查发现，我司高温过热器和高温再热器管屏均存在明显的氧化皮剥落情况，而屏式过热器管屏几乎未见氧化皮剥落。氧化皮射线检查和称重结果如下图所示。
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图 1 氧化皮射线检测和称重
（2）管壁超温温度
经相关研究表明，氧化皮形成速率随着管壁温度增加而加快{2-3}。当钢材壁温低于200℃时氧化速率十分缓慢，当钢材壁温介于200~500℃时其表面上生成一层薄的氧化层，当钢材壁温升到600~700℃时氧化速率显著的加快，并生成具有一定厚度的氧化铁皮[38]。从现场取样的高温再热器管内迎流侧氧化皮厚度明显大于背流侧，如图 2所示。
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图 2 不同温度下的氧化速率
（3）氧化氛围影响
研究发现，给水加氧处理是影响受热面氧化皮剥落的因素之一，较高质量分数的给水加氧处理会促进受热面氧化皮的剥落{4}。由下表TP304H奥氏体不锈钢氧化试验可见：在有氧条件下，TP304H奥氏体不锈钢表面形成疏松的Fe2O3氧化层并发生大量脱落；在无氧条件下，TP304H 奥氏体不锈钢表面形成致密Fe3O4的氧化层且未发生脱落。该试验证明在较高质量分数的加氧条件下奥氏体不锈钢表面生成疏松的Fe2O3氧化层，其容易发生脱落。
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表1 TP304H 不锈钢氧化试验
4 氧化皮剥落的原因
（1） 壁温变化幅度和速率
在锅炉启停、深度调峰和大量喷减温水过程中，锅炉受热面管屏温度变化幅度、速率急剧增大。由于母材金属机体与氧化皮线膨胀系数相差较大，在锅炉受热面管屏温度突变的情况下，热应力差使得管内壁氧化皮微裂纹拓展产生裂纹，最终脱离金属机体，并随蒸汽流向出口端下部弯头。
（2）氧化层厚度
氧化皮在剥落前生长得过厚是导致事故发生的内因，一般铬钼钢的氧化皮是内外层同时脱落，厚度一般在0.2~0.5mm左右，奥氏体不锈钢只有氧化皮外层脱落，厚度一般在0.05~0.1mm左右。
5 预防措施
(1) 相对于同一等级的蒸汽温度参数，采用抗氧化性能好的管材是有效降低蒸汽侧氧化速率的有效措施。综合来看，采用TP347HFG（细晶）、Super304HSB、HR3C等细晶粒管材，其抗高温氧化性能明显高于TP347H、Super304H。
(2) 做到“逢停必检”，统计累计超温时长长的高温过热器、再热器的下部弯头进行射线或磁通检查，对氧化皮堆积面积超过50%的管子进行割管清理。
(3) 尽可能减少启停次数，减缓升温和降温速率，减少氧化皮剥落数量；同时应尽量避免大量、高频次使用减温水，尤其是过热器、再热器二级减温水的使用量和频次。
(4) 机组正常运行状态下，要严格控制受热面内部蒸汽及金属管壁温度，严禁锅炉长时间超温运行。
6 结论
高温受热面氧化皮的生成和剥落主要与材质选择、超温温度、减温水投入和加氧情况等有关。对于运行中的机组，可以从以下两个方面入手来预防受热面氧化皮大面积生成和剥落，首先，要从运行上减缓受热面的升降温速度和长期超温；其次，利用每次检修机会开展相应的氧化皮检测工作，对堵塞面积严重的进行割管清理。
［1］王力园． 600 MW 机组锅炉高温受热面氧化皮剥落原因分析及防治措施［J］． 广东电力，2011，24(3):52 －55．
［2］黄万启, 李志刚, 张洪博, 等. 火电厂锅炉管道金属内壁氧化膜的影响因素研究[J]. 中国电力, 2013, 46(7): 6-10.
［3］朱朝阳, 刘绍强. 超超临界机组过/再热器氧化皮生长试验研究[J]. 热力发电, 2016, 45(7): 120-124.
［4］张广文, 孙本达, 张金升, 等. 给水加氧处理对过热器高温氧化皮生成影响的试验研究[J]. 热力发电, 2012, 41(1): 31-33.