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【摘 要】 受自然环境日益恶化的影响，越来越多的企业和单位开始以节能减排作为发展原则。特别是近几年来，很多电厂引进了一大批超临界甚至超超临界的大容量火电机组，这给生产效率带来了很大提高的同时，一些表面钢材校核时间段，其表面抗氧化能力得不到保障的缺陷也逐渐显现出来，在超温情况下可能发生氧化腐蚀现象，造成氧化皮大量脱落导致爆管的事故出现，相继的一些安全和经济问题也暴露出来。本文在阐述超临界锅炉受热面蒸汽侧氧化皮特征的基础上，从锅炉的选材、设计创造、运行检修等多方面进行了经验总结，在预防和控制氧化皮的具体措施进行了浅要的分析。
【关键词】 超临界锅炉；蒸汽氧化皮；原因及危害；对策
引言：
主蒸汽压力超过临界压力22.12MP的锅炉称为超临界压力锅炉，通常大容量超临界压力电站锅炉的主蒸汽压力定在24.5MPa左右，也有比之更高的。随着工作压力和温度参数的提高，蒸汽氧化和固体颗粒侵蚀（SPE）问题严重威胁着超临界机组的安全稳定和经济运行。锅炉管道中氧化层脱落沉积甚至堵塞，会造成受热面超温甚至爆管；汽轮机管道中氧化层破碎成的固体颗粒会严重侵蚀叶片，造成效率下降甚至威胁汽轮机安全；对氧化层高温系统阀门会造成卡塞，危及安全，或造成阀门冲蚀泄漏，降低效率。蒸汽侧结垢还会引起受热面管金属壁温上升，影响管材使用寿命。因此，需要在分析超临界机组锅炉蒸汽侧氧化层的形成和剥落机理的基础上，探讨预防措施。
一、氧化层形成的机理及影响因素
1、机理
铁素体和奥氏体管材在锅炉高温段炉管广泛使用，这些管材在高温下运行与蒸汽作用会在炉管内壁生成一层氧化层，阻碍了铁和水或蒸汽间的进一步反应，可以防止管内介质中的某些成分对金属的腐蚀。但是，在一定条件下，这些氧化层会与母材脱离，管材表面氧化层的生成是金属在高温水汽中发生氧化的结果。当汽水温度达到570℃以上，反应速度更快，此时金属的抗氧化能力则大大降低。
2、因素
氧化层形成与温度、时间、氧含量、蒸汽压力和流速、钢材成分、氧化层成分等有关。通常认为：运行时间和氧化层的厚度基本呈线性关系；介质中氧的含量愈高，流速愈快，氧化层生成速度愈快；温度对氧化层厚度的影响呈加速上升的趋势，当金属材料在接近和达到其许用温度区域时，影响极为显著；钢中加入Cr、Al、Si等元素，生成的氧化膜致密而牢固，可以使钢材的抗氧化性能提高。多项研究表明：金属表面的氧化膜并非由水汽中的溶解氧和铁反应形成的，而是由水汽本身的氧分子氧化表面的铁所形成的。在570℃以上，水分子会分解为氢氧原子结构，大量的氧原子充分满足了氧化反应的需要。而570℃也正是形成不致密的FeO的关键温度值，所以570℃应该成为制定运行参数的重要参考。
二、氧化皮的危害
超临界锅炉在长期的使用过程中，由蒸汽侧氧化皮生成或者脱落，造成沉积所带来的危害也逐渐显现出来，经过近几年的经验总结，主要集中在以下几个方面：
1、对管内蒸汽的顺畅流动造成一定影响，直接造成管壁的温度急剧上升，金属蠕变胀粗，以至于锅炉内管道的泄漏，对生产安全造成恶劣的影响。
2、氧化皮的产生对于导热造成影响，绝热作用会造成受热面金属管壁上升，对于管材的使用寿命影响很大。
3、剥落的氧化皮没有相应的处理方法，一旦被带入汽机之内，对于叶片、喷嘴等零部件造成磨损，影响使用寿命。
4、氧化皮在锅炉内进行滞留，容易形成汽水污染，影响汽水的生成品质。若想从根本上杜绝氧化皮带来的危害，防止或者减缓氧化皮的生成过程，就要对氧化皮组成结构、形成因素以及剥离规律有深刻的了解，有针对性的进行研究和分析。
三、预防高温受热面氧化皮生成的有效措施
1、基础设备的选择
在锅炉的选择方面，首先应降低蒸汽氧化的速率，对于蒸汽温度参数都满足条件的机组，应该选择抗氧化性能出众的材料。特别是对过热器和再热器的高温段管材内壁进行处理，通过喷丸、镀铭等手段减少蒸汽氧化。在锅炉型号的选择方面，重点放在选择有利于减小传热偏差的炉型上，此外还应当注意炉内生成氧化皮的运输能力。在管材的选择方面，为了能够有效的减少氧化皮生成，不仅要在提高材质等级方面下功夫，更应该对锅炉的受热面以及不同区域的材料进行严格的校核计算，根据不同的温度要求选取合适的耐温材料。在管道内壁进行强化处理，提高内表面的抗氧化能力。
2、操作流程正规化
锅炉的超温运行是氧化皮生成的主要因素。加强对锅炉汽温、烟温的偏差调整和监管工作对于氧化皮的防治方面有着重要的意义。目前比较行之有效的手段是通过电站锅炉高温管屏安全性在线临测系统对于温度和受热面管壁进行监控，提高汽温自动的控制水平，防治受热面局部超温运行。通过燃烧调整和风量调整为主要手段，增加SOFA风门的开度，努力调整两侧烟温的偏差。在机组运行过程中，应该尽量避免人为因素增加机组的启停次数，这对于控制氧化皮脱落有着重要的意义。如若机组发生故障紧急停机，要控制高温过热器、再热器和屏式过热器出口蒸汽的温度和受热金属温度降温速率，严格控制停炉过程中的冷却速度。锅炉对炉膛要进行通风，按照顺序停止送风机、引风机并且关闭送风机出口和引风机的进出口挡板，防止受热面金属温度快速降低。在处理运行调试上要从以下几个方面入手：根据锅炉特性，分析制定防范超温的措施；分析制定减少汽温偏差的措施；改善锅炉运行工况，减少蒸汽超温，减少机组频繁启停，减少机组负荷波动；控制锅炉升降负荷速率，避免负荷骤升骤降而对管材产生热冲击，导致氧化皮脱落。
3、规范检查措施
在鍋炉受热面停止工作时，做到逢停必查。检查的主要内容包括：胀粗检查、变形检查、弯头氧化皮累计检查、壁厚检查、变色检查、外壁氧化皮剥落状况检查。除此之外，应该特别注意对超温管材的抽样检查工作。对于检查中发现氧化皮堆积较多的管道区域如不能达到清理效果，应该进行割管清理。另外还应该建立长期的监视机制，定期对氧化皮含量，炉内壁温度在线监控系统等进行维护。充分利用好超临界机组的停机时段，利用磁性检测法、射线法等方法对过热器、再热器的出口段下弯头进行氧化皮堆积情况检测。
4、加强质量监督
4.1加强化学监督。采取化学清洗，如果选用清洗剂合理，工艺得当，将能清除管内绝大部分水蒸汽氧化物，大大减轻氧化层剥离危害，加强汽水品质监督。
4.2加强金属监督。建立长期的炉管监视机制，包括定期进行氧化层测量、壁温监视。利用停炉机会进行磁性检测法、射线法等方法检查，确认垂直管屏底部弯头部位氧化层碎片堆积情况并及时进行割管清理；及时分析和探察锅炉受热面腐蚀情况并提出改进建议。
4.3加强热控监督。提高机组自动调节特性，使机组燃烧调整和汽温调整平稳，减少因波动而造成的热冲击。
5、氧化层厚度监测
测量真正的管壁金属层厚度（不包括氧化层厚度），保证应力计算的正确性。准确测量管内壁氧化物厚度，为计算管壁等效温度提供数据。
四、结束语
我国目前在超临界技术方面还有很多经验上的不足，对于超临界技术的负面影响办法不多，为了少走弯路，极早对已经发现的问题进行处理和预防是十分必要的。尤其对于锅炉机组安全经济运行产生威胁的老大难问题，例如超临界锅炉蒸汽侧氧化皮，其生成和处理要进行有针对性的研究，采取必要措施，避免事故的发生。
参考文献：
[1]黄兴德，周新雅.超（超）临界锅炉高温受热面蒸汽氧化皮的生长与剥落特性[J].动力工程，2009（16）：602-608.
[2]赵彦芬，张品，刘南.高温过热器T91、T22管爆管分析.热力发电，2010（11）：61-64
[3]耿波，赵欢.T91钢高温水蒸汽氧化层形成机理研究[J].铸造技术，2011（12）：914-918.
本文所有参考文献均来自中国知网及万方数据库。
【关键词】 超临界锅炉；蒸汽氧化皮；原因及危害；对策
引言：
主蒸汽压力超过临界压力22.12MP的锅炉称为超临界压力锅炉，通常大容量超临界压力电站锅炉的主蒸汽压力定在24.5MPa左右，也有比之更高的。随着工作压力和温度参数的提高，蒸汽氧化和固体颗粒侵蚀（SPE）问题严重威胁着超临界机组的安全稳定和经济运行。锅炉管道中氧化层脱落沉积甚至堵塞，会造成受热面超温甚至爆管；汽轮机管道中氧化层破碎成的固体颗粒会严重侵蚀叶片，造成效率下降甚至威胁汽轮机安全；对氧化层高温系统阀门会造成卡塞，危及安全，或造成阀门冲蚀泄漏，降低效率。蒸汽侧结垢还会引起受热面管金属壁温上升，影响管材使用寿命。因此，需要在分析超临界机组锅炉蒸汽侧氧化层的形成和剥落机理的基础上，探讨预防措施。
一、氧化层形成的机理及影响因素
1、机理
铁素体和奥氏体管材在锅炉高温段炉管广泛使用，这些管材在高温下运行与蒸汽作用会在炉管内壁生成一层氧化层，阻碍了铁和水或蒸汽间的进一步反应，可以防止管内介质中的某些成分对金属的腐蚀。但是，在一定条件下，这些氧化层会与母材脱离，管材表面氧化层的生成是金属在高温水汽中发生氧化的结果。当汽水温度达到570℃以上，反应速度更快，此时金属的抗氧化能力则大大降低。
2、因素
氧化层形成与温度、时间、氧含量、蒸汽压力和流速、钢材成分、氧化层成分等有关。通常认为：运行时间和氧化层的厚度基本呈线性关系；介质中氧的含量愈高，流速愈快，氧化层生成速度愈快；温度对氧化层厚度的影响呈加速上升的趋势，当金属材料在接近和达到其许用温度区域时，影响极为显著；钢中加入Cr、Al、Si等元素，生成的氧化膜致密而牢固，可以使钢材的抗氧化性能提高。多项研究表明：金属表面的氧化膜并非由水汽中的溶解氧和铁反应形成的，而是由水汽本身的氧分子氧化表面的铁所形成的。在570℃以上，水分子会分解为氢氧原子结构，大量的氧原子充分满足了氧化反应的需要。而570℃也正是形成不致密的FeO的关键温度值，所以570℃应该成为制定运行参数的重要参考。
二、氧化皮的危害
超临界锅炉在长期的使用过程中，由蒸汽侧氧化皮生成或者脱落，造成沉积所带来的危害也逐渐显现出来，经过近几年的经验总结，主要集中在以下几个方面：
1、对管内蒸汽的顺畅流动造成一定影响，直接造成管壁的温度急剧上升，金属蠕变胀粗，以至于锅炉内管道的泄漏，对生产安全造成恶劣的影响。
2、氧化皮的产生对于导热造成影响，绝热作用会造成受热面金属管壁上升，对于管材的使用寿命影响很大。
3、剥落的氧化皮没有相应的处理方法，一旦被带入汽机之内，对于叶片、喷嘴等零部件造成磨损，影响使用寿命。
4、氧化皮在锅炉内进行滞留，容易形成汽水污染，影响汽水的生成品质。若想从根本上杜绝氧化皮带来的危害，防止或者减缓氧化皮的生成过程，就要对氧化皮组成结构、形成因素以及剥离规律有深刻的了解，有针对性的进行研究和分析。
三、预防高温受热面氧化皮生成的有效措施
1、基础设备的选择
在锅炉的选择方面，首先应降低蒸汽氧化的速率，对于蒸汽温度参数都满足条件的机组，应该选择抗氧化性能出众的材料。特别是对过热器和再热器的高温段管材内壁进行处理，通过喷丸、镀铭等手段减少蒸汽氧化。在锅炉型号的选择方面，重点放在选择有利于减小传热偏差的炉型上，此外还应当注意炉内生成氧化皮的运输能力。在管材的选择方面，为了能够有效的减少氧化皮生成，不仅要在提高材质等级方面下功夫，更应该对锅炉的受热面以及不同区域的材料进行严格的校核计算，根据不同的温度要求选取合适的耐温材料。在管道内壁进行强化处理，提高内表面的抗氧化能力。
2、操作流程正规化
锅炉的超温运行是氧化皮生成的主要因素。加强对锅炉汽温、烟温的偏差调整和监管工作对于氧化皮的防治方面有着重要的意义。目前比较行之有效的手段是通过电站锅炉高温管屏安全性在线临测系统对于温度和受热面管壁进行监控，提高汽温自动的控制水平，防治受热面局部超温运行。通过燃烧调整和风量调整为主要手段，增加SOFA风门的开度，努力调整两侧烟温的偏差。在机组运行过程中，应该尽量避免人为因素增加机组的启停次数，这对于控制氧化皮脱落有着重要的意义。如若机组发生故障紧急停机，要控制高温过热器、再热器和屏式过热器出口蒸汽的温度和受热金属温度降温速率，严格控制停炉过程中的冷却速度。锅炉对炉膛要进行通风，按照顺序停止送风机、引风机并且关闭送风机出口和引风机的进出口挡板，防止受热面金属温度快速降低。在处理运行调试上要从以下几个方面入手：根据锅炉特性，分析制定防范超温的措施；分析制定减少汽温偏差的措施；改善锅炉运行工况，减少蒸汽超温，减少机组频繁启停，减少机组负荷波动；控制锅炉升降负荷速率，避免负荷骤升骤降而对管材产生热冲击，导致氧化皮脱落。
3、规范检查措施
在鍋炉受热面停止工作时，做到逢停必查。检查的主要内容包括：胀粗检查、变形检查、弯头氧化皮累计检查、壁厚检查、变色检查、外壁氧化皮剥落状况检查。除此之外，应该特别注意对超温管材的抽样检查工作。对于检查中发现氧化皮堆积较多的管道区域如不能达到清理效果，应该进行割管清理。另外还应该建立长期的监视机制，定期对氧化皮含量，炉内壁温度在线监控系统等进行维护。充分利用好超临界机组的停机时段，利用磁性检测法、射线法等方法对过热器、再热器的出口段下弯头进行氧化皮堆积情况检测。
4、加强质量监督
4.1加强化学监督。采取化学清洗，如果选用清洗剂合理，工艺得当，将能清除管内绝大部分水蒸汽氧化物，大大减轻氧化层剥离危害，加强汽水品质监督。
4.2加强金属监督。建立长期的炉管监视机制，包括定期进行氧化层测量、壁温监视。利用停炉机会进行磁性检测法、射线法等方法检查，确认垂直管屏底部弯头部位氧化层碎片堆积情况并及时进行割管清理；及时分析和探察锅炉受热面腐蚀情况并提出改进建议。
4.3加强热控监督。提高机组自动调节特性，使机组燃烧调整和汽温调整平稳，减少因波动而造成的热冲击。
5、氧化层厚度监测
测量真正的管壁金属层厚度（不包括氧化层厚度），保证应力计算的正确性。准确测量管内壁氧化物厚度，为计算管壁等效温度提供数据。
四、结束语
我国目前在超临界技术方面还有很多经验上的不足，对于超临界技术的负面影响办法不多，为了少走弯路，极早对已经发现的问题进行处理和预防是十分必要的。尤其对于锅炉机组安全经济运行产生威胁的老大难问题，例如超临界锅炉蒸汽侧氧化皮，其生成和处理要进行有针对性的研究，采取必要措施，避免事故的发生。
参考文献：
[1]黄兴德，周新雅.超（超）临界锅炉高温受热面蒸汽氧化皮的生长与剥落特性[J].动力工程，2009（16）：602-608.
[2]赵彦芬，张品，刘南.高温过热器T91、T22管爆管分析.热力发电，2010（11）：61-64
[3]耿波，赵欢.T91钢高温水蒸汽氧化层形成机理研究[J].铸造技术，2011（12）：914-918.
本文所有参考文献均来自中国知网及万方数据库。