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摘要：目前，大容量机组不锈钢管氧化皮剥落会造成汽轮机主汽门卡涩、腐蚀汽轮机部件等，也是近年来电厂常见的问题。现阶段机组参数已经逐渐向超临界参数方向改革，并在发电行业取得了非常大的突破。近年来，虽然我国火力发电厂在超临界参数机组方面的投入逐渐增加，但资料显示，仍旧存在较大的问题，特别是部分运行时间较短的机组竟然也出现各类各样的问题。文章通过对超临界机组氧化皮剥落情况，对其进行分析和研究，并且找出有效的预防措施，以此确保锅炉的安全运行。
关键词：超临界；剥离；氧化皮
引言：
根据调查显示，超临界机组已经成为火电的重要机型，而随着参数的增加，机组煤消耗逐渐降低，机组经济性能也有所提升，新机组的大容量、较高的参数等特性使应用范围逐渐增加[1]。报道指出，机组的运行同样也面临着不少问题，比如锅炉受热面管氧化皮生成及剥落等现象屡见不鲜。因此，应该对受热面采取有效的预防措施，找出问题并予以针对性解决，避免锅炉受热面管爆管，确保锅炉的安全运行。
一、氧化皮生成
处于无溶解氧水中，铁和水反应会有氢气产生。随着科学技术的高速发展，德国科学家利用显微镜确定铁和水的氧化过程。通过方程式能够清晰的了解到，金属表面所产生的氧化膜不是因为溶解氧和铁的反应，而是因为水汽氧分子对铁表面进行氧化。当管壁温度处于低于570℃条件下，氧化膜是三氧化二铁以及四氧化三铁合成，这两种分子致密性极强，对钢材的氧化能够进行抑制。管壁温度高于570℃时，氧化膜便是三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铁合成，其中氧化铁处于内部，由此分析，氧化皮还是以氧化铁为主，但氧化铁致密性较低，对氧化膜的稳定性会有一定的影响，氧化会持续[2]。因此570℃是形成氧化铁较为重要的温度数据，而此温度便是运行参数设置的重要依据。不同材质蒸汽侧氧化皮生成速度会有一定的差异，比如二级屏式过热器、二级对流过热器等其材质均是一致的。若是奥氏体粗晶粒钢的蒸汽侧氧化皮形成的速度相较于其他相对较快。
二、氧化皮脱落
1.氧化层剥离条件
氧化膜厚度达到一定数值时以及温度变化较大等情况下都会造成氧化层剥离。因为热胀系数的差异性，当氧化层达到一定厚度时，基于温度剧烈变化的情况下，氧化皮会出现剥离情况。氧化层的剥离基体是由氧化膜膨胀系数差异的作用力造成。铁与四氧化三铁、氧化铁等的膨胀系数并不相同，具有差异性，处于温度变化剧烈的环境中，就会有剥离现象产生，钢中合金组成会在形成双层膜的情况下，集中于最里层，因为此层面致密性极高，剥离情况会在两层膜中间产生。比如材质和膨胀系数均不一致的过热器，其金属膨胀系数和蒸汽侧氧化皮之间的膨胀系数有着较高的差距[3]。当氧化皮的厚度达到一定数值时，机组停机、启动等会因为热应力的影响，氧化皮脱落以至于将管堵塞。
2.氧化皮剥离管径内堆积影响
锅炉构造和管子直径、弯曲半径、几何形状等均是氧化层剥离管径内堆积物质形成的重要原因。氧化皮大小、形状、强度等特征，对管道和弯头进行透视检查，能够直观地见到氧化膜通常情况下积累于弯头位置，气流出口侧弯头所堆积的氧化皮明显多于进口位置。此外，焊缝等位置也有氧化破积累情况[4]。高温过热器自夹管弯头所积累的氧化皮较多，受气流等各方面因素的影响，积累严重。
三、氧化皮产生以及剥离的危害
1.氧化皮剥离会导致受热面爆管
根据调查，大型电厂锅炉高温过热器等都是以立式结构进行设置，过热器、再热器是U型弯并列组成，进出口温差较大，由此可见，过热器出口侧直管段氧化皮数量之所以高于进口侧便是受到温度的影响。机组在启动、停机、负荷等变化差异剧烈情况下，锅炉受热面氧化皮会有脱落现象，在蒸汽气流的带动下进入汽轮机。启动前期阶段，蒸汽流量并不高，剥离的氧化皮并不能快速移走，基于大流量环境下，管径相对较小的弯头若是出现堵塞情况便会出现超温现象[5]。氧化皮堵塞爆管情况经常发生于机组启动后的较短时间内。
2.固体颗粒侵蚀
氧化皮会对汽轮机发生固体颗粒的腐蚀，同时会产生一定的衍生损害。过热器以及再热器剥离的氧化皮会伴随较强的蒸汽将其排出，这些带着氧化皮的颗粒会对汽轮机喷嘴产生持续的冲刷作用力，而造成喷嘴以及相关叶片的磨损甚至破坏情况，在一定程度上会缩短检修周期，并提高检修的相应消耗。此外，氧化皮的积聚会直接造成主/再热蒸汽阀门卡涩而导致机组非正常运行，当主汽门并不能及时关闭时，汽轮机安全运行受到极大威胁。
3.堵塞疏水管
氧化皮的剥离会导致疏水管道的堵塞，这无疑是威胁机组的正常运行和人身设备安全的又一重要因素。机组启动过程中，为了确保蒸汽管道的预热及进入汽轮机内部的蒸汽品质合格，各重要部位的疏水阀门都会出现开启状态。如果脱落的氧化皮体积较大则在水流或者汽流作用下逐渐积聚到疏水阀门处，造成阀门卡涩和疏水不畅；体积较小的氧化皮会随着蒸汽和水流进入疏水、抽气等系统中，当扩容降压时，流速还有一定程度的降低，不能彻底带走系统内的氧化皮。另外，氧化皮会沉淀于各个死角位置而堵塞管道、阀门，显而易见，氧化皮的积聚对疏水管道的安全潜存着较大的隐患[6]。
四、防范方法
首先，在锅炉设计阶段，正确选择锅炉各受热面的金属管材，是解决氧化皮脱落问题的最根本手段。锅炉大修改造阶段，高温过热器以及再热器选择利用康高温氧化功能强和抗剥离现象较好的原材料，尽可能降低氧化皮生成的厚度，是抑制和减少高温氧化皮生成和脱落的又一个较为重要的解决方法，同样使受热面管壁堵塞现象得到有效的缓解。相关数据表明，钢管在高于550℃时，其抗蒸汽氧化功能明显增加，蒸汽管道内氧化皮的形成也会减缓，目前已经应用于国内外多数电厂中，应用较为广泛并且效果极佳。其次，对蒸汽受热面以及蒸汽管道及弯头处应该予以定期的检查。定期利用氧化皮检测仪器对相应器械氧化皮生成情况进行测定，对管材使用的期限寿命等予以正确的评估，必要时及时对氧化较为严重的材料进行及时的替换工作；再次，机组在启动过程中，相关工作人员应该严格掌握升温升压速度，避免在运行过程中出现明显的超温现象，有效控制机组温度变化在安全范围内，温升及压力变化速率适当降低后壁温温差也会得到有效改善。机组大修停炉阶段，应该将锅炉及各受热面进行充分冷却，并且进行炉内加药对氧化皮进行充分清洗；停炉期间的防侵蚀工作同样是不容忽视，根据机组特性选择合适的保养办法，过热器和再热器弯头处的积水要及时排出，及时消除残水对蒸汽管道及受热面的腐蚀侵蚀；机组启动阶段，运行人员正确使用汽轮机启动旁路系统对受热面进行吹扫，能够有效清除残留于锅炉受热面内的氧化皮。另外，在停休期间，对主汽门高温氧化皮及时进行清理，保证主机汽门在正常运行正不出现卡涩，确保机组的安全运行。
五、结语
氧化皮是金属处于高温水汽的环境下，产生的一系列氧化反应所得出的产物，氧化消耗的氧是来自水汽，并不是因为溶解在水汽中的氧分子。由此分析，氧化皮的生成以及剥离现象和水工况并没有密切联系，氧化皮剥离情况和机组相应的材质、锅炉燃烧等因素相关。相关工作人员应该对氧化皮产生以及剥离现象不断进行探索，根据实际情况找出针对性解决措施，从材料入手，并且定期对氧化皮进行针对性的检查和清理，若是氧化严重的机组应该予以报废和替换。随着社会经济以及信息科技的不断发展，超临界机组已经成为我国火电机组的主力机型。有效预防和解决超临界机组氧化皮的生成和脱落，仍然是电厂各级人员不容忽视的重要问题，有效避免和解决氧化皮问题同样会大量减少因氧化皮问题而导致的一系列衍生事故，避免机组非停和人身设备损害事故的发生，确保机组的安全、稳定运行。
参考文献：
[1]聂贞，卢凯.600MW超临界锅炉氧化皮脱落导致超温爆管的分析[J].河南机电高等专科学校学报，2016，24（3）：17-19.
[2]侯剑雄，谢斌，陈兴奋.600MW超临界锅炉氧化皮防治控制对策[J].青海电力，2017，36（2）：28-31.
[3]侯荣利.超临界锅炉氧化皮原因分析与防治措施探讨[J].中国高新技术企业，2017，1（20）：93-96.
[4]朱朝阳，刘绍强.超超临界机组过/再热器氧化皮生长试验研究[J].热力发电，2016，45（7）：120-124.
[5]苏波武.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[J].科技与创新，2017（1）：118-119.
[6]柯道斌.超临界机组TP347H受热管内氧化皮堆积爆管分析与预防[J].科技创新与应用，2017（5）：145-145.