氧化皮的形成機理

1、過熱蒸汽管道內(nèi)氧化膜的形成分為制造加工和運行后兩個階段。過熱蒸汽管道制造加工過程中氧化膜的形成是在570C以上的高溫制造條件下，由空氣中的氧和金屬結(jié)合形成的。該氧化膜分三層，由鋼表面起向外依次為FeO、Fe3O4、Fe2O3。試驗表明：與金屬基體相連的FeO層結(jié)構(gòu)疏松，晶格缺PI多，當溫度低于570c時結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，容易脫落，或在半脫落層部位發(fā)生腐蝕。因此，在新鍋爐投產(chǎn)前，一定要對鍋爐進行酸洗，全部去除制造加工時形成的易脫落氧化層，然后重新鈍化，以利在機組運行時形成良好的氧化層。同時，在基建調(diào)試期間也可以考慮對過熱器和再熱器管道進行加氧吹掃，將易脫落的氧化層顆粒沖掉的同時加速形成堅固的氧化層，否

2、則，在投運后會產(chǎn)生嚴重的氧化皮問題。在450c570C,水蒸汽與純鐵發(fā)生氧化反應，生成的氧化膜由Fe2O3和Fe3O4組成，F(xiàn)e2O皆口Fe3O4者B比較致密，可以保護或減緩鋼材的進一步氧化。在570c以上，水蒸汽與純鐵發(fā)生氧化反應，生成的氧化膜由Fe2O3Fe3O4FeO三層組成，F(xiàn)eO在最內(nèi)層，F(xiàn)eO是不致密的，破壞了整個氧化膜的穩(wěn)定性，氧化膜易于脫落。因此，過熱蒸汽管道內(nèi)壁在運行后所形成的氧化膜可分為兩種情況：（1）如果在鍋爐投運之前，通過嚴格的酸洗和吹管兩個環(huán)節(jié)，將金屬管道內(nèi)壁易脫落氧化層徹底清除干凈，吹掃過程中或整機調(diào)試的初期，當鍋爐運行在亞臨界低參數(shù)工況下（此時溫度不會超過570C

3、）,使管道內(nèi)壁形成致密的、不易脫落的氧化膜（由Fe2O3和Fe3O4組成，這種氧化膜和金屬的基體結(jié)合很牢固，只有在有腐蝕介質(zhì)和應力條件下才會被破壞）。當日后機組運行于超臨界工礦下，溫度超過570c時,這種氧化膜可以保護或減緩鋼材的進一步氧化，同時自身也可以相對長期地保留。采用加氧運行，可加速形成上述氧化膜。如果在鍋爐投運之前，酸洗和吹管兩個環(huán)節(jié)不過關(guān)，未將金屬管道內(nèi)壁易脫落氧化層徹底清除干凈，則投運后很難形成致密的、不易脫落的氧化膜。這種易脫落的氧化膜在機組投運后產(chǎn)生惡性循環(huán)：脫落一氧化一再脫落一再氧化，最終形成大量的氧化皮。什么是氧化皮超臨界機組氧化皮問題，是具體管材在高溫、特別是超溫情況下

4、，由水蒸氣氧化生成氧化層，在達到一定厚度形成氧化皮后，主要由于快冷等原因造成大面積集中脫落，大量堆積使管內(nèi)蒸汽流量減少或者中斷，管內(nèi)蒸汽冷卻效果變差，導致再超溫和短期過熱爆管。超溫和快冷，不精確控制和不規(guī)范操作，是伴隨氧化皮問題而存在的三包胎兄弟。在機組停運時，尤其高負荷非停后，特別發(fā)生過超溫后非停，客觀又由于風機等原因造成鍋爐快冷，則管內(nèi)氧化皮會大面積集中脫落，就會發(fā)生局部堵管和再次啟動發(fā)生短期超溫爆管事故。目前國內(nèi)已投運的超/超超臨界機組普遍存在嚴重的氧化皮問題，其危害巨大，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)氧化皮堵塞管道，引起相應的受熱面管璧金屬超溫，最終導致機組強迫停機。(2)長期的氧化皮

5、脫落，使管壁變薄，強度變差，直至爆管。鍋爐過熱器、再熱器、主蒸汽管道及再熱蒸汽管道內(nèi)剝落下來的氧化皮，是堅硬的固體顆粒，嚴重損傷汽輪機通流部分高/中壓級的噴嘴、動葉片及主汽閥、旁路閥等，導致汽輪機通流部分效率降低，損傷嚴重時甚至必須更換葉片。(4)檢修周期縮短，維護費用上升。一些機組為了減緩氧化皮剝落，采用降參數(shù)運行，犧牲了機組的效率。上述各種情況導致機組運行的安全性、可靠性及經(jīng)濟性均大幅度降低。氧化皮的脫落過熱器、再熱器內(nèi)壁的氧化層脫落有二個主要條件：一是垢層達到一定厚度（臨界值）；二是母材基體與氧化膜或氧化膜層間應力達到臨界值。隨著氧化膜厚度的增加，其發(fā)生脫落的幾率越大。在機組運行期間，過熱器管和再熱器管表面氧化層會逐漸增厚。當管壁超溫時，過熱器管和再熱器管表面氧化層會迅速增厚，由雙層結(jié)構(gòu)變成多層結(jié)構(gòu)。當氧化皮增長到一定的厚度時，由于溫度變化等因素的影響，就會出現(xiàn)氧化皮的脫落現(xiàn)象。氧化皮問題防止氧化皮脫落是不現(xiàn)實的，關(guān)鍵在于防止大面積集中脫落導致堵塞爆管。措施主要有幾個方面：1 .防止超溫運行，特別是熱偏差較大管屏的個別管超溫；方法是加裝爐內(nèi)外壁溫測點，進行熱偏差試驗，尋求