［摘 要］锅炉长时间运行氧化膜生长形成一定厚度的氧化皮，因氧化皮和管材存在较大的膨胀系数差，在机组启停或停炉冷却过程中氧化皮容易受到应力作用脱落甚至堵塞受热面管，氧化皮脱落造成的超温爆管已经成为影响锅炉运行可靠性的重要因素。 ［关 键 词］过热器；氧化皮；生成分析；有效控制；
某电厂锅炉为2710t/h超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛塔式布置、四角切向燃烧、摆动喷嘴调温、平衡通风、全钢架悬吊结构、露天布置、采用机械刮板捞渣机固态排渣的锅炉。
低温过热器进口作为该塔式炉最上部的受热面，汽水分离器出来的介质，从炉顶分为A、B侧两只集箱，两只集箱各引出两部分受热面，一部分作为隔墙过热器，另一部分作为炉内受热面悬吊管；分别连接至低过中间混合集箱（前后墙各22屏），与低过炉内悬吊管混合后由炉内受热面进入低过出口集箱。 1故障概况 1.1事故经过
2018年11月份，机组发电机并网，初负荷100MW暖机。发现炉后低温过热器出口段的13排-#1管、19排-#1管壁温偏高，对低过13排、19排的#1管壁温测点进行检查，热电偶电势为26毫伏，相邻测点热电偶电势22毫伏，并且测点对调后温度显示不变，测点正常，确认炉后低温过热器出口段13-1、19-1管超温，维持机组负荷420MW。 在初步分析认为可能有异物堵塞管子使管内蒸汽流量减少造成冷却不够而超温的情况下，申请机组调停。 1.2检查情况
对低过13排-#1、19排-#1管炉内出口S304管段位置割口，进行内窥镜检查，炉内S304水平段管内清洁，炉外T92水平段氧化皮脱落严重，且在管内弯头处堆积。对无测点的13排-#2、18排-#1、19排-#2管进行割管检查，各管内窥镜检查发现S304段管内清洁，T92管段管内壁氧化皮均较厚，且脱落痕迹明显。 堵塞位置说明 氧化皮脱落情况 2原因分析
2.1氧化皮生成原理分析
超（超）临界机组常用合金在高温微氧（0.13～1.3PaO2）蒸汽中暴露一段时间后，在合金基体上生成双层氧化皮，外层是磁性四氧化三铁（Fe3O4）相；在外层与合金基底之间的物相主要由晶粒极细的Fe-Cr尖晶石化合物构成，其中夹杂着粗大晶粒FeCr2O4 尖晶石[2]。在高温条件下磁性四氧化三铁（Fe3O4）相的生成不可避免，蒸汽管道内会出现水分子中的氧与金属元素发生氧化反应，称为蒸汽氧化。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。其化学反应方程式如下： 3Fe → Fe2++2Fe 3+ +8e－ 4H2O → 4OH－+4H+
Fe 2+ +2Fe 3+ +4OH－→ Fe3O4+4H+
4H++4H++8e－→ 4H2 3Fe+4H2O → Fe3O4+ 4H2
对于锅炉而言，在450℃～700℃的温度范围内，蒸汽通路中的高温水蒸气是强氧化剂，管道内会出现水分子中的氧与金属元素的氧化反应，称之为蒸汽氧化，这是氧化皮产生的电化学机理。就是管道内壁在没有溶解氧的环境中，仅在水蒸汽的作用下，也可以发生氧化反应，形成氧化皮。
氧化皮的临界厚度并不仅仅与金属母材有关，还取决于氧化皮所承受的总弹性应变以及氧化皮的结构和组分等因素：
包括合金热膨胀系数、蒸汽湿度、锅炉启、停方式和频率、减温水量的投入频率与时间、蒸汽氧含量。一般的规律是：氧化皮的厚度超过某一临界值后，剥落的可能性大大增加；合金与金属氧化物热膨胀系数差异越大，氧化皮剥落的可能性就越大；湿蒸汽可能引起氧化皮剥落，且蒸汽湿度越大，氧化皮剥落的可能性越大；锅炉启、停速度过快，可能引起氧化皮剥落；锅炉启、停频率越高，氧化皮剥落的可能性越大；蒸汽温度(或金属壁温)超过某一临界之后，氧化皮剥落的可能性增大，且温度越高，氧化皮剥落的可能性越大。
2.2.1.从材料分析。该锅炉运行至今约17000小时，但T92材质管道在短时间内快速生成多数量的氧化皮，需对设备原材料做性能分析。
取三根管子分别为13排-#1（超温管）、19排-#1（超温管）、19排-#2（氧化皮脱落但未堵塞超温管）
上述3 根管子上分别做金相分析，观察各试样内壁的氧化膜厚度（截取超温管的1#金相试样图）。
从金相检验发现，13排-#1，19排-#1 管子氧化皮大部分已经剥落，只有少数仍然残留，残
留的氧化皮厚度13排-#1 为158.9μm，19排-#1 为186.7μm，19排-#2 为201μm 和189.2μm， 此外13排-#1 和19排-#1 剥落部位重新生成了新的氧化皮，厚度分别为33.2μm 和27.9μm。 根据以上分析发现：13排-#1，19排-#1 和19排-#2管子内壁氧化皮的厚度大致相当，基本在170-190μm 之间，个别厚度在150-160μm。从中可见，三根管子长期运行壁温应该比较接近，没有存在明显过热现象。从13排-#1 和19排-#1 的氧化皮剥落情况来看，剥落的氧化皮厚度也在170-190μm，比较薄，马氏体钢的氧化皮在这个厚度，正常情况下不会剥落。 2.2.2从炉型结构分析。锅炉低过运行温度为585℃左右，此温度为T92材质生成氧化皮的活跃区，该温度下T92材质易生产成氧化皮，从炉型设计角度需考虑该位置采用T92材质是否合适：针对脱落的氧化皮为何主要在1号管容易堆积的问题，就现场结构来看，还是与因为该管进集箱前的角度最大，行程长，容易在该部位形成堆积。
2.2.3从壁温控制分析。针对该处氧化皮容易脱落，主要分析认为二次再热锅炉较一次再热锅炉，只设计了两级过热器，低过进口集箱布置在117米，经过炉内隔墙和悬吊管后直接进入76米层低过出口集箱，低过主要受热面布置在炉膛出口，受炉膛辐射换热量最大，实际运行中低过温升近100℃，较常规百万机组单级过热器温升在40℃—50℃要大得多。温升大，实际运行过程中减温水难以避免或很难控制在一个很小的范围，尤其是机组吹灰后，控温运行难度更大。低过主要受热面布置在炉膛出口位置，辐射换热强度大，停机过程中，在最后的机组打闸锅炉MFT，炉膛灭火后，低过失去辐射换热，此时还有一个大幅度温降过程，在失去辐射换热的情况下，壁温变化速率在某个时间段内会迅速下降，会对金属内壁氧化皮脱落速率造成影响。锅炉过热器的奥氏体钢管的热胀系数一般在(16-20)×10-6/℃、而氧化铁的热胀系数一般在9.1×10-6/℃，由于热胀系数的差异，当氧化层达到一定厚度后，温度和压力的波动均会造成氧化皮和基材结合面应力产生，该应力超过一定的限值时，氧化皮即剥落[1]。
尤其是在停炉过程中剥落的氧化皮在底部堆积，在遇有蒸汽冷凝存有积水的情况下，氧化皮粘结在一起，在下次锅炉启动时锅炉蒸汽流量不大，流通蒸汽很难将其带走，极易引发受热面管过热爆管。而本次机组超温，就是发生在机组调停后的再次启动过程中。 3处理方案
3.1对外圈弯管角度最大的管进行优化
对每片屏弯管角度大的#1、#2、#17、#18号管，炉外部分由T92替换为S304材质。 3.2做好机组运行控制
3.2.1运行中40%BMCR工况以下不投减温水，停炉吹扫以25%BMCR工况的风量为好，停炉后的焖炉时间，正常情况下不低于72小时，紧急情况下不低于24小时。
3.2.2严格禁止减温水流量过大或大幅波动。机组并网后，启动制粉系统前，应适当投入各级过热器器减温水，防止金属温度突升。
3.2.3启动过程中加强受热面金属管壁温度的监视，控制金属壁温均匀上升；发现管壁温度异常升高（包括异常降低）时，稳定燃烧工况运行，停止升温升压。 3.2.4运行期间严控加氧的方式与质量，控制管内氧化皮的生成。 3.2.5利用机组调停与计划性检修，做好金属监督检查工作。 4结束语
低温过热器处氧化皮生成，由于炉型受热面管角度设计、塔式炉低过靠近炉膛火焰，机组启停壁温难以有效控制、壁温区间为T92材料氧化皮生成活跃区域等原因，均对氧化皮的有效控制产生不利影响。替换最易生成氧化皮区域的受热面管材料，由T92改为S304材质。同时做好有效的机组运行控制，严控加氧的方式与质量，利用计划性检修做好金属监督防治工作，能较好的控制氧化皮的生成，消除机组隐患。 ［参 考 文 献］ 专著：
［1］杜文敏 《火电厂金属材料焊接技术与管理》 中国电力出版社 ［2］超超临界机组氧化皮生成、剥落机理与防治措施 哈尔滨锅炉厂研究所
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