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《%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
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