超临界锅炉高温管道氧化皮剥落失效原因分析及对策建议苏波武摘要：在超临界锅炉高温管道中，氧化皮的剥落失效会引起管道超温、堵塞等问题，对机组的安全运行构成了威胁。本文阐述了超临界锅炉高温管道氧化皮的危害及影响，对其剥落失效的原因进行了分析和探讨，并结合分析结果提出了相关对策和建议。关键词：超临界锅炉；氧化皮；温室气体；蒸汽：X787：ADOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.118随着我国电力建设的快速发展，超临界发电技术也取得了巨大的进步，火力发电机组逐步向大容量、高参数的超临界和超超临界燃煤机组发展。超临界机组大大提高了发电效率，降低了燃煤消耗量，并减少了温室气体的排放。但是在超临界锅炉高温管道表面易发生蒸汽侧氧化，形成氧化皮，而氧化皮的剥落失效会引起堵塞爆管，严重影响了火力发电机组的安全运行。1氧化皮的危害超临界锅炉受热面金属在高温高压环境中可以与蒸汽直接反应生成氧化皮，当氧化皮达到一定的厚度时会发生剥落，带来多方面的问题和不良影响。氧化皮的存在会改变管道受热面的传热特性，使管道长期超温运行，最终导致管道的失效。受热面超温和氧化层的生成是互相促进的，超温会使氧化皮快速生成，而氧化皮的存在会使超温更加严重。2氧化皮成因探究氧化皮的產生可以理解为是水蒸气在高温环境下与管壁材料反应生成铁的氧化物，大致步骤为水蒸气分子与管壁金属表面的撞击、水蒸气分子的表面吸附、金属氧化物形核及连续氧化膜的形成。气相水分子撞击金属以范德华力吸附在金属表面，然后发生分解反应，其方程式为：H2O?H2+H2O.（1）温度越高，水蒸气的分解速度越快，分解生成的氧与基体表面金属发生反应，方程式为：H2O（吸附）+Fe→FeO+离子空穴+2电子空位+H2（吸附）.（2）---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---生成的氢一部分以吸附H的形式溶解于氧化物中，另一部分以气态H2的形式向氧化物和基体内扩散，继续为氧气和水蒸气的渗透扩散提供了通道。随着氧化物薄膜的生成，更多地水分子被吸附、分解成氧原子和氧离子，初始生成的FeO将被氧化成更加稳定的Fe2O3和Fe3O4，但由于金属母材成分组织、环境温度及压力等的不同，不同材料在不同工况下生成的氧化膜的均匀程度、致密性都有所不同。3氧化皮剥落失效的原因3.1氧化皮剥落的力学因素超临界锅炉受热面管内氧化皮生长到一定厚度时，在一定的条件下不可避免地会发生剥落，氧化皮的剥落主要受到其内应力和外应力的影响，其中内应力的作用要远大于外应力。氧化皮的剥落失效与其自身的厚度、结构及应力条件密切相关，厚度越厚、结构越疏松，应力条件越恶劣，氧化皮就越容易剥落，根据其所处的应力条件，可划分为拉应力失效和压应力失效。在锅炉运行的条件下，外加力学载荷也会作用于氧化皮层，比如管壁震动、汽流冲刷等，最主要的还是管壁金属的热胀冷缩效应。当锅炉启动时，管道升温膨胀，氧化皮主要受到拉应力；当锅炉停机时，管道降温收缩，压应力则起主导作用。3.2锅炉运行参数对氧化皮剥落的影响3.2.1运行温度氧化皮生长与剥落失效都与管壁温度直接相关。随着管壁温度的升高，氧化皮的生长速率提升，温度对氧化皮厚度的影响呈指数关系，控制温度的变化对氧化皮的产生起着至关重要的作用，且不同温度下管内氧化皮的氧化行为与形貌特征有很大差异。比如，9%～12%Cr合金钢在600～650℃下无法形成保护性的氧化膜；在700～800℃能形成保护性的富Cr氧化膜，随着温度升高，氧化层对Cr元素的消耗加剧，最终将因Cr含量不足而导致氧化膜失去保护性。3.2.2运行时间随着锅炉运行时间的延长和氧化皮厚度的增加，氧化皮剥落所需的最小应力条件会降低，且原先的一些细微裂纹、空穴也会长大，形成较大的沟状裂缝，降低了氧化膜层间的黏附力，使得氧化皮更容易剥落。据不完全统计，超临界机组在运行10000～12000h后，会出现一定程度的氧化皮脱落现象，运行时间与氧化皮厚度成正比。铁素体钢由于其氧化皮分层明显、层间结合不牢、缺陷较多，在整个服役阶段氧化皮都可能发生剥落。在600℃下，T91钢初始阶段氧化速度很慢，但随着氧化速率的急剧提升，氧...