薛峰

（河北省特种设备监督检验研究院，河北 石家庄 050000）

在当前经济水平不断提升的背景下，我国的电力建设也取得了一定的成就，大容量超临界机组因其在环保、排污等方面特有的优势，在近几年的火力发电中得到了广泛的应用，其也与我国全面提升能源使用效率的能源发展方向相契合。虽然大容量超临界机组在火力发电中有着明显的优势，新型耐热钢的强度能够保证且抗蒸汽氧化性等各项性能比较好，但是，锅炉经过长时间的运行就会出现不同程度的金属氧化皮剥落情况，增加了锅炉管道堵塞的可能性，甚至在实际运行中还会出现爆管的情况，为整个系统的稳定运行带来了一定的阻碍。因此，有必要加强对火电厂锅炉金属氧化皮剥落问题的研究，以促进火电厂的稳定运行。

1 锅炉金属氧化皮形成以及剥落的机理

20世纪20年代，一位德国科学家发现了金属在高温水汽中很容易出现氧化反应，而金属中含有的氧气就是水汽中的结合氧。70年代，相关科学家通过显微镜对铁和水汽的反应进行了观察，从而得出了铁元素和水汽能够直接反应的结论，并得出了相应的化学反应式：

在实际的电生产过程中，锅炉投产之初含有的蒸汽中就含有大量的氢元素，这就足以说明上述的化学方程式是完全合理的。随着锅炉的正式投入使用，锅炉内的氢元素含量也会明显减少，此时，锅炉金属表面存在的致密性氧化皮就逐渐形成，通常情况下，金属氧化皮会在20h内形成；而且，通过一系列的计算发现，水中存在的氧气并不能对这种反应提供充足的氧元素，这就进一步证明了上述化学反应的准确性。

深入分析，在蒸汽环境下，金属内壁出现氧化皮情况实际上是一个自然的过程，金属最初处于蒸汽状态时，氧化皮就会快速生成，一旦形成后，相应的氧化反应就会变慢，而且，金属初步进入蒸汽环境时，形成的氧化皮结构具有很强的致密性，可以有效阻碍氧化反应的进一步发生。而如果环境因素的稳定性得不到保证时，如超温、压力波动等，从而就会使金属的双层膜氧化皮结构转变为多层膜氧化皮结构，此时，氧化皮的厚度不断增加，剥落的可能性也就不断增大。笔者通过对实践工作的深入调查发现，经常出现氧化皮剥落的部位是锅炉U型立式管的上部，尤其是出口一侧的氧化皮剥落情况更加明显。深究其原因发现，该区域在实际运行中的温度相对较高，皮层较厚，而且，其也承受着较大的自重，相应的拉应力比较大，在这种情况下，如果温度发生较大的变化，此区域的拉伸水平也就会发生一定的变化，再加上金属和氧化皮的热涨系数存在一定的差异，从而也就使得二者之间出现不同程度的松动情况，氧化皮剥落的可能性大大增加。

2 导致氧化皮形成以及剥落的因素

2.1 氧化皮形成方面

关于锅炉金属氧化皮的研究显示，当实际温度超出锅炉的常规温度时，金属材料本身的属性就会使得锅炉金属的氧化皮出现脱落的情况。深入探究可从以下两方面来看：首先，超温环境对金属氧化皮的影响。在机组持续运行过程中，锅炉氧化层的厚度会不断提升，而锅炉管壁又处于一种超温的状态下，相关加热装置内壁的氧化皮就会跟随温度的变化而不断加厚。除此之外，不同的材料也会对氧化皮产生一定的影响。不同类型、性能的材料，其氧化皮抵抗剥落的能力也存在着明显的差距，由此可见，相关材料的选择是非常重要的。因此，在后续选择材料时，就需要将形成氧化皮后的抗剥落能力关注起来，尤其是在选择钢材时，尽量选择含量中加铬的材料，以确保钢材的抗氧化性能。通常情况下，相关工作人员在选择钢材时都会选择T91和TP347H型号的钢材，抗氧化温度相对较高，从而降低氧化皮不断加厚的可能。

2.2 氧化皮剥落方面

深入研究，诸多因素的差异化现象会在很大程度上影响金属氧化皮的剥落，在此过程中，不仅与物性参数有关，氧化皮的厚度以及温度的不断变化都会对金属氧化皮的剥落产生明显影响。就拿氧化皮的厚度来说，当氧化皮的厚度增加到一定范围后，其中的不锈钢厚度也会不断增加，超过0.1mm，铬钼钢的厚度也会在0.5mm左右，在这种情况下，如果相应的温度发生了明显的变化，此时，金属氧化皮脱落的可能性也会大大增加。不仅如此，在氧化皮厚度不断增加的同时，其弹性也会不断降低，再加上温度的不断变化，机组启动和停机时的温度、荷载以及压力又会出现不同程度的变化，更会大大增加氧化皮脱落的可能性。对于这一情况，国外作了一系列的研究，以600兆瓦的超临界寄主为例，利用等速采样系统，对主蒸汽管的启停以及满载等不同环境下进行测试，并总结出了300多份的样本。总的分析发现，在进行开启和关机操作时，同体颗粒浓度比正常环境下高出3倍，由此也就可以得知，在启停环节，金属氧化皮的脱落情况将会更加严重。

3 金属氧化皮剥落的预防措施

3.1 缓解金属受热面的超温情况

通过上述分析可以发现，金属受热面的超温现象对金属氧化皮的剥落产生很大的影响，因此，相关工作人员有必要将其重视起来，根据金属氧化皮剥落的实际情况，对煤粉的细度、燃烧器的结构以及锅炉的变煤种进行适当的调整，以确保锅炉的有效燃烧；除此之外，还要根据锅炉运行的实际情况合理增加锅炉炉膛区域的吹灰器，对锅炉燃烧器进行改进，在合理范围内尽可能地扩大锅炉受热面，而且，再热器的管屏也要进行综合的考虑，在管屏上合理安装绝热材料，锅炉的受热面通道也要进行进一步的优化，尽可能地避免金属受热面出现超温的情况，缓解金属氧化层的快速形成。

3.2 合理控制锅炉启停过程中的相关参数

通常情况下，在火电厂锅炉的启停过程中，相关参数会呈现出动态性变化的特点，此时，工作人员需要对相关参数进行进一步的优化，例如，旁路系统应尽快实现正常运行，或者也可以尝试带旁路启动，以避免在启动过程中出现固体颗粒物侵蚀蒸汽轮机的情况，也便于对启动过程中的主参数进行有效的控制。除此之外，在合理的基础上尽可能地推迟制粉系统的运行时间，在启动过程中可以快速度通过低负荷阶段，这样做可以在一定程度上缓解氧化层的快速形成。

3.3 进一步优化母材以及相关结构

要想有效缓解氧化皮的剥落情况，就需要将金属材料的合理选择重视起来，锅炉受热面的材料尽量选用T22一类的允许运行温度以及抗氧化性能较高的材料，而且还要对金属母材进行进一步的优化，及时更换容易超出规定运行温度的管材，以此将温度控制在合理范围内。此外，相关工作人员还可以利用给水加氧的方法来对锅炉的金属氧化皮进行处理，在此过程中，可以在已经形成的四氧化三铁物质上覆盖一层三氧化二铁，例如，锅炉金属受热面进行镀铬处理或者进行化学清洗等，这些都可以在一定程度上改变氧化膜的溶解度，氧化皮的稳定性也会大大提升，自然剥落情况就会有所缓解。从锅炉设备设计方面来看，上述的化学处理也能有效减少氧化皮的生成，但是，在此过程中需要注意的是，要合理调节喷嘴以及主气阀的结构，尽可能地减少金属氧化皮的脱落情况。

3.4 建立检修制度

对于火电厂锅炉运行中存在的氧化皮脱落问题，当前，还没有完全消除此类问题的方法，对于这一问题，可以从企业管理的角度上入手，综合考虑以往火电厂锅炉金属氧化皮脱落的实际情况，将生产现场的管理工作重视起来，建立检查和抽检制度，定期开展锅炉设备的检查工作，以便于及时发现设备运行中出现的问题，并采取有效的措施进行解决，为火电厂设备的安全运行提供保障。

4 结语

总之，温度、金属材质等都在不同程度上影响着锅炉金属氧化皮的剥落，对此，要想有效解决氧化皮的剥落问题，首先，需要做的就是充分了解氧化皮形成以及剥落的机理，并对导致其形成及剥落的因素进行深入分析，从而制定出行之有效的预防措施。针对金属氧化皮脱落问题，需要对金属氧化皮的超温情况进行有效的控制，并且还要优化锅炉启停过程中的相关参数，合理选择母材等，以此缓解锅炉金属氧化皮的剥落情况，从而为火电厂锅炉设备的稳定运行提供保障。