电厂锅炉氧化皮的生产机理及在生产过程中的控制手段
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【摘 要】本文分析了电厂锅炉氧化皮的产生原理，并分析了氧化皮对于电厂锅炉运行的危害，针对性的提出了改善措施，旨在减少氧化皮的生成以及剥落，避免爆管等现象发生，并为今后电厂相关工作提供参考建议。
【关键词】电厂锅炉；氧化皮；生产过程；控制措施
随着社会经济的不断发展，市场对于电厂锅炉的生产提出了更高的要求，使得锅炉机组运行时的温度和压力都有了大幅度的上涨，这为电厂锅炉的生产埋下了安全隐患，尤其是氧化皮的问题已经逐渐引起了人们的重视，本文正是由此开展探讨，客观分析氧化皮生成以及剥落的原理，并提出了酸洗等有效措施，主要研究如下。
1 电厂锅炉氧化皮生产机理
1.1 氧化皮的生成机理
当锅炉钢表面金属处于高温水汽的环境当中，就容易因为氧化导致氧化皮的产生。温度应该控制在570°C以下较为适宜，因为此阶段的氧化膜主要包含Fe3O4以及Fe2O3两种物质，并且两者的致密度较好，所以表面金属不易出现氧化。但是当温度超过570°C临界点后，氧化膜的组成物质就会发生改变，在原先基础上会多出FeO，FeO占有较大比例并且处于最内层，但是FeO本身的致密性较低，因此难以保证整个氧化膜的作用得以发挥。其实当温度超过450°C后，Fe3O4的致密度会受到破环，保护膜的整体能力下降，难以抑制铁与水蒸气之间的化学反应，加快了氧化进程；当汽水温度突破570°C后，将生成更多的FeO，且反应速度不断加快，最终使得表面金属生成氧化皮。
氧化皮受到众多因素的影响，除了最主要的汽水温度外，还包括蒸汽压强、蒸汽流速、时间、氧含量、以及钢材和氧化皮的成分。当汽水温度越高并且持续较长时间，氧的压强越高并且流速越快就越容易在短时间内生成氧化皮，对此可以将AL、Si以及Cr元素加入到刚才中，保证氧化膜的致密度以及稳定性，最终提高金属整体的抗氧化能力。
当水汽温度超过450°C，此时指的铁和氧的相互反应并不是水汽当中的铁和溶解氧，所指的是水汽自身携带的氧分子影响金属表面之后，金属被氧化表面的铁。水汽温度超过570°C时，水分子受到高温影响会出现氢氧原子，这种元素结构为氧化反应提供了有利的条件，这也是超过570°C时候会出现氧化皮的关键，因此在实际操作中应该将570°C的水汽温度作为氧化控制的重要指标。
1.2 氧化皮剥落原理
当氧化皮产生并且累积到一定的温度后，氧化皮就会出现掉落，而根据刚才的种类不同，此厚度的值数也不同，当为铬钼钢时厚度为0.2-0.5mm，不锈钢则为0.1mm。除此以外温度、速度以及频率的变化幅度较不稳定也会导致氧化皮脱落。
2 氧化皮的不良影响
首先，当氧化皮累积到一定的厚度并发生脱落时，其会掉落到管底部位，长期堆压会导致管道阻塞，最终管道受热面温度无法排出出现爆管。以某超临界直流锅炉大面积爆管为例，当事故发生后人员第一时间开展检查，最后发现爆管原因为进口管部位温度过高、高温过热器以及高温再热器发生吹损等，维修过程中，仅过热器就发现约9000g的氧化皮，最大的连结状氧化皮近400g，这次爆管属于典型的氧化皮掉落导致的管内阻塞，最终超温爆管，另外如果爆管时没有及时终止锅炉运行，则蒸汽压力会进一步作用于炉内爆管，致使其发生变形。
其次，主机门卡涩的现象也多由氧化皮堆积导致，主汽们出现氧化皮堆积时，机组容易出现停机，而主汽门也无法关闭。某发电公司在静态挂闸试验时发现主汽门咖卡涩，经过观察发现汽封套筒以及阀杆之间存在较多的氧化皮，直接导致主机们卡涩。
最后，在锅炉运行当中，在流动蒸汽的作用下，一部分氧化皮会在快速运动中对汽轮机带来损害，尤其是喷嘴以及叶片部位的受损会更加明显。
3.1 化学方式
利用化学清洗物能够明显去除管内的氧化层，但是由于水冷壁的对于系统的要求较高并且材质多变，所以酸洗工艺并不适用。而垂直管屏对于清洗排尽有很高的要求标准，同时系统繁复难以操作，在酸洗过程中要拿捏好温度、冲液速率以及时间等，还要注意酸洗液本身的物质是否会给管道带来损伤，避免酸洗导致不锈钢晶间腐蚀以及悬挂管排底部堆积等不良后果。虽然酸洗存在一定的制约因素，但是对过热器以及再热器进行酸洗的确能起到较好的作用，并且此项清理工艺在外国也得到了较广的应用，而国内还没有将酸洗列为必须执行项目，电厂利用酸洗不仅能够抑制氧化皮的形成从而减少了爆管的几率或者是汽轮机各组间的损伤，其次，能够有效去除管道内部的氧化皮层，更利于管道散热，增加了管道的使用寿命，酸洗最主要的是酸洗部位以及酸洗溶液的搭配，这些都要依据氧化皮本身的特点以及管道的金属材质。
3.2 锅炉运行参数调整
首先应该防止超温并尽可能的减少热偏差。根据以上分析结果可知蒸汽温度对氧化皮的影响较大，因此需要严密监控温度变化情况，避免锅炉运行温度过高。具体方式为：调整燃烧方式，使锅炉双侧烟温基本持平，过热器出口蒸汽温度左右值的差别不可大于5°C，屏式过热器、再热器出口温度的左右温差都应该低于10°C。运行过程中通过温度高点随时调整蒸汽温度。另外要注意当负荷低时，不宜采用上倾火焰中心来调控蒸汽温度，避免煤粉再燃烧或者锅炉灭火导致的事故。
3.3 加强锅炉启动、停止的参数控制
运行时尽可能的选择旁路启动，从而使汽轮机受到损伤程度下降，促进主蒸汽的流量加快，使得主蒸汽温度以及再热蒸汽温度处于可控状态，避免温度的不稳定变化导致氧化皮掉落。除此之外应该避免频繁的启动以及停止，根据升温曲线的反映情况调整蒸汽的温度，出现故障的时候应该使屏式、高温、高温再热的降速不高于每分钟3°C，主、再热蒸汽压力下降速度不高于每分钟0.3Mpa。在启动旁路时，由于低压的不断冲洗，一部分的氧化皮被排出，在升负荷以及启动时应该密切观察管道的温度，一旦出现异常要以快速升降负荷来实现清晰。同时利用超声波的测厚技术反复对过热器和高温再热器进行检测，及时发现氧化皮并处理。最后炉膛也应该定时清理，强化炉膛吹灰的力度。
3.4 金属表面清理
为了增强金属表面保护性氧化膜的能力，可以采用络酸盐溶液或者在炉管金属表面进行渗铬，在300°C左右的环境中循环2天，这样就可以在表面残留一层保护性的养护膜，从而抑制氧化皮的掉落以及形成，氧化膜能够阻断氧气向内部渗入的通道，从而实现减缓金属氧化物形成的目的，另外氧化膜的具有较强的化学稳定性，热胀系数也符合管道的热胀系数，因此其抗氧化的作用能够持续较长时间。除此之外，还可以采用喷丸处理，即提高氧化膜当中的铬元素含量，产生一层富铬氧化层，有效抑制了表面的氧化速度。
3.5 合理选择锅炉设备
需要明确的是材料的不同也会导致管材氧化皮形成和脱落的不同，如果金属材料中含有较高的Cr就可以增强金属的抗氧化能力，
延长氧化皮的掉落时间。例如T23抑制氧化的能力明显弱于T91，但是如果全部更换为T91，又会面临成果较高的问题，所以可以有选择的更换管材，例如将高温区域的管材换为T91，保证生产的整体性价比。
4 结束语
综上所述，电厂锅炉氧化皮的形成涉及生产的方方面面，而就目前技术水平来说，氧化皮的形成以及剥落是难以避免的，但是可以采取一系列的控制措施尽可能的减少氧化皮带来的危害，不断优化技术手段，以酸洗、参数调控等众多方式共同促进电厂锅炉高效、安全的运行。
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作者简介
裴生文，男，1982年11月出生，汉族，大专，助理工程师，从事电厂集控运行什么工作。