近年来随着我国发电机组参数的不断提高，锅炉受热面管氧化皮生成、脱落，并导致堵塞、爆管的问题已在很多电厂发生，此现象在奥氏体钢管道中表现*为明显m.为此，本文根据搜集的72台次锅炉受热面管氧化皮检测、处理资料（包括哈尔滨锅炉厂、上海锅炉厂、东方锅炉厂、北京巴威公司生产的锅炉，其中亚临界机组锅炉6台、超临界机组锅炉46台、超超临界锅炉20台），分析各参数机组锅炉氧化状况，提出锅炉受热面管氧化皮的监督控制与综合治理措施，希望为超（超）临界机组锅炉氧化皮处理提供。

　　1锅炉氧化皮产生的原因超（超）临界机组锅炉受热面管氧化皮主要成分是氧化铁，产生的主要原因是高温氧化，此外还与材料组织均匀性、晶粒尺寸、水质等有关IMl.锅炉因高温氧化而产生氧化皮有2种途径：受热面管在加工制造过程中，空气中的氧和金属直接反应，发生高温氧化而产生氧化皮。该氧化皮分3层，由钢表面起向外依次为Fe0、Fe304和Fe203，氧化皮的厚度因加工情况不同而异。试验表明，与金属基体相连的FeO层，其结构疏松、晶格缺陷多，并且有很多空洞，会出现黑色斑点。这种高温下形成的FeO在低于570尤时稳定性差，会分解为Fe，04和Fe，极易造成氧化皮脱落。

　　受热面管在运行中形成氧化膜。这种由水蒸气和铁反应形成的氧化膜分2层，称双层膜，内层称原生膜，外层称延伸膜。原生膜是水蒸气对铁直接氧化的结果，生成黑色FeO；延伸膜的增厚过程是水蒸气对FeO的进一步氧化，使之形成黑灰色的Fe304.蒸汽中的溶解氧和蒸汽本身可将Fe：！04氧化成Fe203，颜色为红色。由于高温的蒸汽是不导电的，即生成Fe、Fe304、Fe203的反应是化学反应而不是电化学反应，其反应式为前2个反应都伴随着氢气放出，可以通过检测氢气在过热器中的增加量测出蒸汽对过热器管的氧化速度。

　　以在高温水蒸气中发生氧化，反应所消耗的氧来源于水蒸气本身的结合氧。后来通过电子显微镜观察，进一步确定了铁和水蒸气直接反应产生金属氧化物的事实，主要反应式为目前，超临界以上参数机组的锅炉受热面管氧化皮生成、脱落是一个世界公认的难题，当机组在*大负荷（即*高温度）下运行，随着运行时间增加和蒸汽温度设计值增大，这一问题更加普遍。这说明，金属材料的应用已经不能很好地与发展大容量、高参数机组，提高热效率相匹配。锅炉设计时更多考虑材料热强性，采用粗晶不锈钢（如TP304、TP347钢等），而材料高温抗氧化性能相对不足，况且高温水蒸气具有氧化性，即水蒸气在温度570t以上对钢材有较强的氧化作用，当温度为600 ~620丈时，氧化速度加快，不锈钢氧化层会迅速增厚。从热力学角度来看，锅炉管内壁发生蒸汽氧化现象是必然的，且参数越高，氧化越严重。

　　2不同参数机组锅炉受热面管氧化情况1亚临界机组锅炉受热面管氧化情况亚临界机组锅炉高温过热器、再热器正常运行温度矣545丈，材料大多为奥氏体不镑钢（如TP304H、TP347H钢等），在此温度下其抗氧化性能是较好的。

　　如炉塍不出现严重的热偏差，基本不会发生氧化皮脱落、堵管（仅缓慢氧化）。如炉膛存在热偏差（80），―般在运行约3.5万h就会出现氧化皮脱落、堵管现象。屏式过热器正常运行温度低（矣505丈），不易发生氧化皮脱落、堵管。

　　平圩发电有限公司1号机组锅炉（亚临界参数）有较大的热偏差，运行34万h后末级再热器管（TP304H钢）因大量氧化皮脱落而堵塞，且管段有胀粗和铁磁性现象。事后割管清理了36只弯头，其中氧化皮质量超过1g（*大为300g）的弯头有11只，更换全部磁性管段后恢复运行。

　　2超临界机组锅炉受热面管氧化情况超临界机组锅炉高温过热器、再热器正常运行温度为571、569材料大多为TP347H奥氏体不锈钢，在此温度下其抗氧化性能的弱势已显现出来。一般在正常运行8000h就会出现氧化皮脱落、堵管现象，但堵塞弯头的数量不多，为10只左右。如果超温运行，则氧化皮脱落、堵塞管道的时间就会提前。当锅炉运行超过1万h，氧化皮脱落、堵管的量就会大大增加，并且氧化皮层的厚度也会增加。早期氧化皮呈粉状，约。03mm厚，随着运行时间增长，氧化皮增大、增厚呈条块状，可达0.1mm厚。一般再热器管道中的氧化皮较大，出汽侧和弯曲半径小的弯头中沉积的氧化皮较多超临界机组锅炉屏式过热器运行温度为526T/ 538.3t/518t，材料大多为TP347H奥氏体不锈钢，在此温度下其抗氧化性能较好，基本没有发生氧化皮脱落、堵管。但是对于目前推广的采用给水加氧处理的锅炉（跟踪检测了24台采用给水加氧处理的超（超）临界机组锅炉），都出现大量氧化皮脱落现象，有的80%的弯头都被堵满，就连运行温度较低的屏式过热器也发生了严重的氧化皮脱落、堵管。加氧处理后，锅炉*短只运行了2700h就发生了因氧化皮堵塞而爆管的事件。有几台锅炉屏式过热器、高温过热器、高温再热器弯头因堵塞而全部割管清理，但恢复后再次复测又有部分管道被堵满，需要2次甚至3次割管清理。

　　2.3超超临界机组锅炉受热面管氧化情况超超临界锅炉高温过热器、再热器正常运行温度及细晶TP347HFG、SP304、HR3C钢，对运行1万~2万h的锅炉检测显示：HR3C钢抗氧化性较好，SP304钢抗氧化性较弱，尤其是给水加氧处理后其产生的氧化皮明显量大而层厚。

　　超超临界机组锅炉前屏过热器正常运行的温度为502后屏过热器为567材料为TP347H及2万h的锅炉检测显示：其抗氧化性能较好，一般都是因异物堵塞造成管壁超温产生氧化皮。所以对于超超临界机组锅炉检查节流孔异物与检测氧化皮堵塞同样重要。尤其是对于各受热面人口采用节流短管进行截流，调整各管子的流动阻力，以此平衡同屏各管子的流量及蒸汽温度的锅炉，*大的问题是异物堵塞。

　　3锅炉给水加氧处理对受热面管氧化的影响有关锅炉给水加氧处理的资料显示：蒸汽中的溶解氧不会引起受热面管的氧化层剥离；氧化物的生长与脱落现象是材料性质和温度以及蒸汽条件所共同决定的自然现象。实际上，给水加氧处理对较低温的水系统可形成致密的氧化物保护膜，而对高温的汽系统却起了催化氧化物生长，使其增厚的作用，使氧化皮脱落的高峰期提前到来。

　　分析搜集的24台给水加氧处理锅炉的检测资料显示：加氧量控制值皆符合GB/T12145―2008标准规定的30~丨50g/L，其中23台锅炉都发生过大量氧化皮脱落、堵管；有的锅炉在168h试运后，加氧运行仅2700h就发生因堵塞而爆管的事件；有的锅炉屏式过热器、末级过热器、末级再热器堵塞严重，只好全部割管清理。*严重的是，某台超超临界机组锅炉居然全部割管清理，再启动后因氧化皮脱落、堵管而连续爆管，致使半年未能运行。某台2006年投产的超临界锅炉却是例外，运行至今未出现过氧化皮脱落现象。调查发现，该厂基建时对TP347H不锈钢管采用内壁全喷丸处理方法，使原始表面氧化膜重建，表层晶粒或亚晶粒得以细化，增加表层位错、亚晶界等缺陷密度，提高表面能量，其内表面及其亚表层产生加工硬化以促进Cr元素的扩散，从而促使管壁内表面在运行初期就形成1层结构致密的Cr203保护膜，大大提高了抗蒸汽氧化性能。

　　及细晶TP347HFG、SP304、HR3C钢在温度500~650T时进行给水加氧处理试验，结果证明了给水加氧催化了高温受热面管氧化物的生长，使其增厚。目前有的电厂已停止采用锅炉给水加氧处理，对此问题应继续跟踪研究。

　　4超（超）临界机组锅炉氧化皮脱落分析国内外资料显示：蒸汽温度在538丈以下，锅炉一般不会出现氧化皮脱落的问题，而蒸汽温度在566°陨鲜辈话鞲止芫突岱⑸趸ね崖洌ǔ临界机组此现象表现更甚。温度越高，高温氧化越快，这是目前超超临界机组锅炉普遍存在的问题。对于不锈钢管与其产生的氧化皮而言，由于热膨胀系数不同，在温度变化时氧化皮就从金属本体剥离。尤其是温度发生反复的或剧烈的变化时，如锅炉启停、停炉时强制通风快速冷却、运行时减温水大量投入等工况，都会加速氧化皮脱落。几种钢材和氧化物的线膨胀系数如表1所示。

　　表1几种钢材及其氧化物的线膨胀系数Tab.线膨胀系数/（i-6.q）金属与氧化皮的线膨胀系数相差越大，越易脱落。不锈钢的氧化皮脱落易于铁素体钢的。氧化皮越厚，导致其脱落所需应力越小，铁素体钢氧化皮厚度超过0.2mm、不锈钢氧化皮厚度超过0.1mm时易于脱落。管壁金属与氧化皮温差越大，应力越大，蒸汽侧或烟气侧的强制冷却会导致氧化皮大量脱落堆积。

　　5锅炉氧化皮引发的安全隐患氧化皮的热阻效应导致金属壁温不断升高和氧化皮厚度增加，*终造成锅炉受热面管超温运行、组织老化和氧化皮脱落风险加剧。根据美国电力研究协会（EPRI）研究结果，致密氧化皮厚度每增加0.025mm，管壁温度增加约2t：。氧化皮脱落堵塞管道会导致锅炉受热面管超温和爆管，降低机组可用率。

　　超（超）临界机组在正常运行工况时（高温受热面管内蒸汽温度为57丨乃69t、605/603t），炉内钢管一直有高温氧化反应，脱落的氧化皮会被蒸汽冲走，一般不会发生氧化物堵管、爆管。但是，这些随蒸汽带走的氧化皮会冲刷损坏汽轮机叶片、喷嘴、隔板，卡塞主汽阀等部件，存在很大的安全隐患。

　　6锅炉氧化皮的综合治理技术基于现有的材料水平，超（超）临界机组锅炉的氧化皮生成与脱落不可避免，因此运行方面的治理措施总思路为：延缓生成―控制脱落（严重时促使脱落）―加强监督检查―及时清理1. 1延缓氧化皮生成氧化皮生成速率的决定因素是温度，因此必须严禁锅炉超温运行，完善受热面金属温度测点并加强受热面金属温度测点的维护，加强受热面金属温度趋势的监测。从跟踪、搜集的72台次锅炉氧化皮检测状况来看，运行时间短但氧化皮脱落多的锅炉，其运行温度控制、化学水处理及停炉保养均不够理想。

　　目前很多锅炉采用等离子和微油点火技术，虽然可以节省大量启动用油，但若运行控制不当则会导致高温受热面超温。采用热值较低的易燃煤种实施节油启动，并适度提高给水温度和入炉风量，或者采用在节油启动前使用常规油枪暖炉的方式，都可获得既节油又有利于锅炉安全运行的效果。

　　炉内分级送风有利于减小炉膛上部切圆直径，从而减轻炉膛出口的烟气残余旋转，随着炉内分级送风比例的不断增加，高温过热器*高管壁温度和两则热偏差逐步减小。综合考虑锅炉结渣因素，SOFA燃烧器风喷嘴开度为4%左右，可使高温过热器*高管壁温度下降5~10t.不同材料的抗氧化能力差别很大，因此针对不同的需求选择合适的管材，对于控制和减缓氧化皮生成有重要的作用。所选管材不仅要求晶粒度等级高，同时也要求晶粒度均。

　　目前国内超临界机组采用TP347HFG钢来代替TP347H钢，以提高管材抗氧化性；对于SA -213S30432钢则采用内壁喷丸的方法来提高抗氧化性。表面喷丸处理有利于提高材料抗氧化性能，超超临界机组锅炉高温过热器和再热器管，可考虑使用超细晶粒TP347HFG钢或经喷丸处理的S叩er304H钢。

　　严格执行相关锅炉水、汽监督规程，保证汽水品质合格。

　　重视给水加氧的动态控制，研究其与锅炉氧化皮的生成、脱落关系，做好给水加氧的可行性分析。

　　6.2控制氧化皮脱落抑制受热面温度周期性波动和温度变化速率。

　　锅炉停运时不能实施强制冷却，应采用“闷炉”处理（约72h），同时做好锅炉保养工作，保持管内干燥。管内如有积水会加剧腐蚀，并加大清理氧化皮的困难。

　　启、停时开启旁路。启动后实施蓄压降负荷扰动冲管，可以有效地抽吸管内脱落的氧化皮启动阶段控制受热面金属温度平稳升高，做到负荷150MW以内不投减温水。

　　对于设计有大旁路的机组可以采用大流M吹扫的方法，清除管内氧化皮。对于没有大旁路的机组，在汽机冲转前利用高、低压旁路对受热面实施大流M冲洗。通过“憋高”低压旁路的压力实施扰动冲管的方式，可能冲走氧化皮，但也有可能使原未脱落的氧化皮脱落，使用此方式是发生氧化皮问题后的无奈选择。

　　用快速开、关调速汽门的方法造成扰动，以冲走管内氧化皮。

　　当锅炉氧化皮生成严重时应停炉清理。停炉时在执行操作规程，保证锅炉部件不受热应力损伤的前提下，加大温度变化速率，采用管道高频振动设备，促使氧化皮脱落然后彻底清理：> 6.3加强监督检查检修时做到“逢停必查”，及时掌握锅炉受热面管内氧化物的脱落堆积状况。目前检测方法大致有下列几种：目视检测。新投产的电厂可根据受热面管外观颜色变化状况，判定管壁过热情况，进而确定管壁氧化情况。这种依赖经验的办法掌握较难，容易失误，一般不采用。

　　割管抽检。这也是一种依赖经验的方法。

　　1台锅炉高温屏式过热器、再热器有数千个弯头，而一般发生氧化物堵塞的弯头只有几个或数10个，通过割管抽检发现堵塞弯头的几率微乎其微，容易误判。

　　射线拍照。此法比割管抽检稍好些，但费用太高、时间较长，有的管子受位置、环境限制无法透照。

　　电磁检测。电磁检测仪器通过施加激励磁场，测量铁磁性物质磁化后的磁场强度变化的信号值，判定氧化皮脱落堆积量。这种扫查方法检测速度快（扫查1个弯头仅需1min），准确度高，省时、省工、省费用，又易于实施，无须清除管子表面的氧化层和垢层，也无须涂抹耦合剂，无辐射，可以交叉作业，是检测管内氧化皮脱落堆积的*佳方法。

　　4及时清理氧化皮检测出氧化皮脱落堆积的管子后，应妥善处理。

　　一方面，因为管道沉积部分氧化皮后，即使不堵塞也会因节流导致金属壁温升高和氧化皮厚度增加，造成超温运行、组织老化和氧化皮脱落风险加剧的恶性循环，所以要割管清理；另一方面，在保证锅炉安全运行的前提下要尽量少割管清理，以降低工作量，减少焊缝。确定是否割管清理的原则为：氧化皮脱落堆积占管径的1/3，定为无风险，不需要割管清理。

　　氧化皮脱落堆积占管径的1/3至1/2，定为低风险。对于再热器管，因内径较大，如能利用专用工具将氧化皮打散，降低堆积高度，就不需要割管清理；对于过热器管，因内径较小，如堆积长度小于80mm―般不需要割管清理。

　　氧化皮脱落堆积占管径的1/2至4/5，定为中风险，一般需要割管清理。

　　氧化皮脱落堆积占管径的4/5至满管，定为高风险，必须割管清理。

　　对于发生严重氧化皮脱落堆积的管子，割管清理很困难，即使振动管壁及用高压水枪冲洗也做不到1次将氧化皮全部清理干净，造成锅炉启动时再次发生氧化皮脱落、堵塞现象。为此平圩电厂开发出一种管道内壁打磨工具，利用此工具可将整根管子的内壁打磨1遍，把内壁开裂或嵌起的氧化皮1次打磨掉，然后再清理，使用效果很好。

　　7结语经跟踪监测72台次锅炉受热面管的氧化状况，本文提出了锅炉氧化皮综合治理的技术措施，该措施的要点是利用电磁检测“逢停必查”，并用氧化皮清理专用工具，彻底清除管内氧化皮。给水加氧处理是消除超（超）临界机组锅炉水系统快速结垢等问题的有效方法，不能否定，但实施前应做评估，慎行之。为此建议：抗氧化性好或内壁做全喷丸处理的管材推荐加氧处理；垂直水冷壁锅炉、塔式锅炉推荐加氧处理；组不进行加氧处理；高温受热面管材复杂的锅炉、超温和热偏差严重的锅炉不进行加氧处理；高温受热面为奥氏体钢的锅炉运行时间较长后不进行加氧处理。