電站鍋爐高溫受熱面管內(nèi)壁氧化皮形成機(jī)理和預(yù)防方法

孫佰泉

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步與城市建設(shè)的推進(jìn)，國家對于電力的需求日益上升。在這樣的環(huán)境背景下，為了能夠有效滿足節(jié)能與環(huán)保需求，就要求我國的火力發(fā)電機(jī)組必須要向著大容量、大參數(shù)的方向發(fā)展。本文通過研究鍋爐高溫受熱面管內(nèi)氧化皮形成與剝落過程，從而提出減少鍋爐高溫受熱面管內(nèi)氧化皮的產(chǎn)生措施，避免因氧化皮剝落堵塞管道引發(fā)爆管。

關(guān)鍵詞：電站鍋爐；高溫受熱；氧化皮；形成機(jī)理；預(yù)防方法

1 電站鍋爐高溫受熱面管內(nèi)壁氧化皮形成機(jī)理

（1）厚氧化膜。簡單來說，所謂的厚氧化膜指的主要是厚度>200nm的氧化膜。在高溫氧化的環(huán)境當(dāng)中，當(dāng)金屬生成一種比較均勻并且致密的厚氧化膜時，其因為濃度梯度所形成的遷移，通常要比電場作用之下所產(chǎn)生的離子遷移大。一般情況下，相應(yīng)的氧化速度主要是由氧化膜內(nèi)的傳質(zhì)過程所控制的。就針對于在鐵-氧化層-氧體系來說，其主要存在兩個重要的界面：其中一個是氧化層-氧界面，而另一個則是鐵-氧化層界面。為了能夠讓反應(yīng)得以繼續(xù)，就要求其必須要有一、兩個反應(yīng)物穿過氧化層，然后在此發(fā)生反應(yīng)。

（2）薄氧化膜。事實(shí)上，所謂的薄氧化膜，其實(shí)指的就是厚度在10～200nm的氧化膜。在整個氧化過程當(dāng)中，因為氧化膜厚度的增加，其中所存在的電場強(qiáng)度將會進(jìn)一步減弱，使得離子難以遷移，導(dǎo)致氧化膜的厚度慢慢增加，而其幅度則將會不斷減小，甚至還會出現(xiàn)停止增厚的情況。從根本上來講，金屬氧化的速度，主要還是由離子遷移與傳質(zhì)的過程共同決定的，并且，其主要是以遷移慢的為相應(yīng)的控制步驟，其氧化動力學(xué)規(guī)律將會受到動力學(xué)的影響決定，在這樣的情況下，氧化膜的形成就可以被分成以下兩步：

（3）極薄氧化膜。簡單來說，所謂的極薄膜指的就是那些只有幾個納米的氧化膜。從根本上來講，因為氧化膜太薄，其在氧化與氧化還原的過程中，氧化膜當(dāng)中所形成的電場將會變得非常強(qiáng)大，在這樣的情況下，因為受到電場的作用，導(dǎo)致離子所產(chǎn)生的遷移，將會大于因為濃度梯度而形成的遷移，所以說，我們可以忽略后者所產(chǎn)生的作用。此外，金屬的氧化速度，主要是由電子的遷移速度和金屬離子的速度所決定，在這當(dāng)中，遷移較慢的通常是控制步驟，其氧化動力學(xué)規(guī)律主要是由自身的動力學(xué)所決定的。

2 電站鍋爐高溫受熱面管內(nèi)壁氧化皮的預(yù)防方法

2.1 避免超溫和減小熱偏差

對于管內(nèi)壁氧化膜的生長而言，溫度是影響其速度的一個根本因素。從本質(zhì)上來講，蒸汽的額定溫度越高，其所產(chǎn)生的超溫幅度也就會越高。并且，如果其時間越長，那么其氧化膜的實(shí)際生長速度也就會變得愈快，在這樣的情況下，氧化膜到達(dá)剝落臨界厚度所需要用到的時間也就會越短。因此，我們需要強(qiáng)化對溫度的檢測，并嚴(yán)格禁止出現(xiàn)鍋爐超溫運(yùn)行的情況。在鍋爐的實(shí)際運(yùn)行過程中，要求過熱器出口的蒸汽溫度應(yīng)當(dāng)不能有超過5℃的偏差，而屏式過熱器與再熱器出口的偏差則要在10℃以內(nèi)，與此同時，要求其在實(shí)際的運(yùn)行過程中，必須要根據(jù)相關(guān)的溫度高點(diǎn)，來對蒸汽溫度加以控制。此外，在實(shí)際的鍋爐運(yùn)行過程中，為了能有效避免出現(xiàn)受熱面超溫的問題，需要我們將一、二級減溫水和再熱器煙氣擋板放在能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)的中間位置上，并且，要求再熱器的事故減溫水必須要始終處于備用的狀態(tài)中。

2.2 鍋爐設(shè)備選材

不管是奧氏體還是在鐵素體材料上，都曾經(jīng)發(fā)生過氧化皮剝落的現(xiàn)象，并且，不同的材料在剝落與抗氧化上都存在一定的差別。一般情況下，材料當(dāng)中的Cr含量增加，將會幫助其實(shí)現(xiàn)金屬抗氧化能力的提升，并以此來降低氧化皮剝落的發(fā)生率。因為受到整齊流程布置與受屏區(qū)結(jié)構(gòu)的影響，導(dǎo)致屏間存在著較大的熱偏差。因此，我們可以對高溫區(qū)當(dāng)中的T23管進(jìn)行合理的更換，并將其轉(zhuǎn)換成更高材質(zhì)的管子，從某種意義上來講，該方案對于投資來說相對節(jié)省，不過，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，其依然要采取一定的措施，來對壁溫加以控制，以此來避免其出現(xiàn)超溫的問題。

2.3 控制溫度周期性波動和變化速率

在機(jī)組的運(yùn)行過程中，需要?dú)忾T對受熱面的溫度變化率進(jìn)行合理的控制。通過對熱工自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化與完善，來適當(dāng)控制系統(tǒng)溫度的周期性波動速率與幅度。在機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行過程中，要求正常的升降負(fù)荷速率應(yīng)當(dāng)在10MW/min以內(nèi)，并且，若因為升降負(fù)荷的擾動，而使得其波動率在5℃/min以上，則需要對機(jī)組的升、降負(fù)荷速率進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕档?，或者是直接暫停升降?fù)荷，一直到穩(wěn)定之后，才能夠?qū)ζ溥M(jìn)行相應(yīng)的負(fù)荷變動操作。此外，若因為故障問題，導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)緊急停機(jī)問題，那么，爐膛在通風(fēng)10min之后，就需要立即停止送、引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，以此來避免受熱面的溫度出現(xiàn)過快的降低問題。

3 結(jié)語

總而言之，從本質(zhì)上來說，在實(shí)際的工況下，工質(zhì)水動力特性的變化，將會非常容易導(dǎo)致電站鍋爐的傳熱特性發(fā)生一系列的變化，并進(jìn)一步出現(xiàn)管內(nèi)壁的氧化腐蝕問題。因為氧化皮如果出現(xiàn)剝落，將會使得鍋爐的受熱面發(fā)生堵塞，并因此而導(dǎo)致蒸汽的流通截面積變小，從而出現(xiàn)超溫爆管的問題，對于鍋爐管道的運(yùn)行與安全性等產(chǎn)生重要的影響。因此，我們必須要對電站鍋爐高溫受熱面管內(nèi)壁氧化皮形成機(jī)理進(jìn)行更加深入的研究，并采取有效的措施來對其進(jìn)行合理的預(yù)防與診治。

參考文獻(xiàn)

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