《%91电厂锅炉高温腐蚀及防护技术-最终版改.》.pdf

贵州电力试验研究院内部培训资料 火力发电厂过、再热器氧化皮 生成原因及防治交流 二O一一年八月 一、概述 主 二、氧化皮形成及脱落 要 内 容 三、危害 四、预防与治理 一、概述 在火电机组中，由于蒸汽通流部件表面氧化层的形 成与剥离，大大影响了锅炉运行的安全性、可靠性和 经济性, 而且还殃及汽轮机和管道部件。在我国火力发 电厂曾发生过许多大机组过热器和再热器管的堵塞爆 管、主汽门卡塞和汽轮机部件的固体颗粒侵蚀问题。 涉及的机组既有蒸汽出口设计温度为540 ℃左右的亚 临界和超临界机组,也有蒸汽出口设计温度为570 ℃左 右的超临界机组；涉及的管材既有TP304H、TP347H 等不锈钢管,也有T23、T91等铁素体类钢管,可以预见， 随着机组向超临界甚至超超临界参数发展，此类问题 将会更为突出。 一、概述 早在六十至七十年代，国外就将蒸汽通流部 件表面氧化层的形成与剥离作为重点问题进 行过研究。结果认为，蒸汽通流部件表面氧 化皮的生成与剥离主要是由运行工况的变化 以及通流部件的选材等方面因素所决定的。 近期研究还认为，蒸汽通流部件表面氧化皮 的生成与剥离问题在不同的水工况条件下没 有区别。但由于此问题涉及设计选材、机组 运行等多方面因素，若不能协同各专业采取 有力措施，此问题难以全面解决。 一、概述 锅炉高温段炉管广泛使用的铁素体和奥氏体管材， 这些管材在高温下运行与蒸汽作用会在炉管内壁生 成一层氧化层，可以阻碍铁和水或蒸汽间的进一步 反应，可以防止管内介质中的某些成分对金属的腐 蚀，但是在一定条件下,这些氧化层会与母材脱离, 大量的氧化层剥落对机组运行的安全是极大危害。 锅炉受热面管内壁氧化膜剥离问题很早就在国外的 一些锅炉上有所发现，但当时因锅炉参数较低，所 使用的管材多是碳钢或低合金钢，这种钢管内壁形 成的氧化膜的晶格结构与钢管基体的晶格结构相近， 热膨胀系数相差不大，氧化膜与基体结合较为紧密， 即使氧化膜厚度达到1mm 与不易脱落；即使脱落也 是点蚀状脱落，不会是大面积片状脱落。 一、概述 近些年来随着锅炉参数的不断提高，锅炉大量采用 了高合金耐热钢以及奥氏体不锈钢，氧化皮脱落的 问题日益突出，尤其是奥氏体不锈钢管，因氧化皮 脱落的问题造成的锅炉爆管停机时有发生。奥氏体 钢的金属基体晶格为面心立方晶格，它与氧化皮的 晶格差异较大，因此造成热膨胀系数相差较大 （不 锈钢的膨胀系数约是氧化膜膨胀系数的 2 倍），氧 化膜与基体结合不紧密，氧化皮较容易脱落，实际 检测发现，氧化膜厚度达到约 0.1mm 左右即开始脱 落。 （对于铁素体钢 ,氧化皮开始剥落的临界厚度 是500μ m。） 二、氧化皮形成及脱落 1.形成机理 锅炉受热面管、高温汽水管道及汽轮机的高压通流部 分流通的是高温水或高压水蒸汽，在高温高压环境条 件下，管子内壁铁原子会与汽水发生反应生成氧化膜。 这种氧化膜生成过程是个自然的过程，在开始时，铁 原子与汽水直接接触，膜形成很快，一旦膜形成后， 它就阻碍了铁原子与水或蒸汽的接触，使氧化膜的生 成速度慢了下来，但是当条件发生变化，如超温时， 氧化膜的形成速度就会加快。氧化皮形成与温度、时 间、氧含量、蒸汽压力和流速、钢材成分、氧化皮成 分等有关。通常认为: 温度愈高,时间愈长,介质中氧 的分压愈高,流速愈快,氧化皮生成速度愈快。 二、氧化皮形成及脱落 • 研究表明: 金属表面的氧化膜并非由水汽中 的溶解氧和铁反应形成的,而是由水汽本身 的氧分子氧化表面的铁所形成的。 • 德国科学家在研究中发现，金属在高温水 汽中会发生氧化，这是一种化学腐蚀,氧化 所消耗的氧来源于水汽本身的结合氧，而 不是来源于水汽中的溶解氧。反应方程式 如下: 3Fe+4H O→Fe 0 +4H