超临界锅炉受热面氧化皮问题的研究

锅󰀁炉󰀁制󰀁造BOILER󰀁MANUFACTURING

No.1󰀁󰀁Jan.2011󰀁

文章编号:CN23-1249(2011)01-0028-03

超临界锅炉受热面氧化皮问题的研究

王引龙,祁󰀁哲

1

2

(1.中国水电崇信发电有限责任公司,甘肃崇信,744000;2.锦西石化公司研究院,辽宁葫芦岛125001)摘󰀁要:本文介绍超临界机组受热面氧化皮的产生机理,主要是受热面使用的奥氏体不锈钢材料在长期高温运行,在温度变化时产生剥离。介绍了氧化皮对机组运行产生的危害。本文给出了一些措施来控制超临界机组受热面氧化皮的产生。关键词:氧化皮;受热面;温度

中图分类号:TK212󰀁󰀁文献标识码:A

StudyoftheScaleProblemofSupercriticalUnitheatsurface

WangYinglong,QiZhe

1

2

(1.ChongxinPowerGenerationCo.Ltd.,chongxin744000,China;2.ResearchinstituteJinxiPetrochemicalCompany,Huludao125001,China)

Abstract:ThispaperintroducesgenerationmechanicalofsupercriticalUnitheatsurface.Whenaus󰀁teniticstainlesssteelofheatsurfaceruninhigh-temperatureforalongtime,Peelinggenerated

duringtemperaturechanges.ItdescribedthedamagetotheUnit.Italsogivesseveralmeasurestocontrolscale.

Keywords:scale;heatsurface;temperature

0󰀁引󰀁言

据资料显示:如今大容量机组的奥氏体不锈钢管氧化皮剥落造成管道堵塞爆管、主汽门卡塞和汽轮机部件侵蚀的问题,是一个世界公认的普遍性问题,随着机组参数向超临界甚至超超临界参数发展,此类问题更为突出。

器钢管实际温度应为571󰀂+50󰀂=621󰀂;屏式过热器钢管实际温度应为538󰀂+50󰀂=588󰀂;高温再热器钢管实际温度应为569󰀂+50󰀂=619󰀂;经研究奥氏体不锈钢使用特性是蒸汽温度在538󰀂以下,锅炉不锈钢管料一般不产生氧化皮及剥落的问题,而蒸汽温度在566󰀂以上时就会发生所生成的氧化皮剥落事故,且其氧化物高峰期在10000~15000小时左右。某电厂累积运行时间14000小时,应该说已经到了氧化物生成的高峰期,故在检修中采用了多种方法,成功地检测出锅炉受热面管不锈钢管多处内部氧化物的堆积堵管状况。

1󰀁概󰀁论

某电厂超临界600MW机组主要参数:高温过热蒸汽温度571󰀂、屏式过热蒸汽温度538.3󰀂、高温再热蒸汽温度569󰀂,管材大多是TP347,按照正常运行时时的温度计算,#3锅炉的高温过热

󰀁收稿日期:2010-10-09

󰀁作者简介:王引龙(1978-),男,甘肃省兰州人,助理工程师,2003年毕业于兰州理工大学,从事火力发电厂的工程和生产管理工作。

󰀁第1期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁王引龙,等:超临界锅炉受热面氧化皮问题的研究

!29!

2󰀁停炉检查

停炉前我们就查阅锅炉运行壁温记录,发现末过出口管屏2根管壁温始终比相邻管壁温度偏高30󰀂,停炉后对其超温管壁进行逐个外观检查,发现末过出口管屏2根管壁外观颜色与其他管道外观颜色明显不同,有过热的倾向,决定对其割管抽查,并用内窥镜观察,发现了该管段已产生了氧化皮剥落的堆积现象,如图1所示。

30克以上,其中有30只达80克以上,10只达100克以上,最多120克(把管径塞得严严实实),100只弯头中总计取出3000克氧化堆积物。

3󰀁锅炉高温受热面奥氏体不锈钢产生氧化物的原因

󰀁󰀁从热力学角度来讲,锅炉管内壁产生蒸汽氧化现象是必然的,因为铁与水反应,生成Fe(OH)2,饱和后,在一定温度范围转化为Fe3O4在表面形成Fe3O4氧化膜,并随同有氢析出。一般来说金属温度对氧化速度的影响最大,而蒸汽压力的影响相对较小,且温度对于不同钢种蒸汽氧化速度的影响方向和程度也不尽相同。在长期高温运行过程中,奥氏体不锈钢过热器和再热器管子内壁在高温蒸汽的作用下会不断氧化而形成连续的氧化皮,由于氧化皮的膨胀系数0.9*10-5与奥氏体不锈钢基体金属的线膨胀系数:2.1*10-5相比差别很大,温度变化时二者的热胀冷缩变形很不协调就会引起氧化皮破裂并从金属表面剥离,因此在机组启停或温度急剧变化时就

图1󰀁末过管屏内部氧化皮剥落图

更易引起管内氧化皮大面积剥落堵塞管子。

当然,不同管子子受锅炉热偏差影响其内壁氧化皮剥落堆积程度也出现较大的差别。据资料统计分析:亚临界机组正常温度运行(1󰀂),氧化物高峰期应在35000小时左右就会出现脱落堵塞管道;国内机组高峰期最早的在33000小时左右。超临界机组正常温度运行(571󰀂),氧化物高峰期应在15000小时左右就会出现脱落堵塞管道;国内机组高峰期最早的在3100小时左右。且温度越高,高温氧化就会加速,氧化高峰期来的越早温度越高,高温氧化越快,容易造成氧化物运行中大面积快速脱落 堵塞爆管。

随后我们使用专用仪器用几天时间对不锈钢弯头进行了全部检查,总共检查:5000只。发现不锈钢管内部氧化物堆积严重的有100只(大多堵管),检查割出三只弯头验证,其氧化物重量份别是62克、56克、30克(基本堵满管径,见图2),抽5根弯头拍片记录堵管影像,都显示全部堵管。其他割管用吸尘器吸取后分别记录,都在

4󰀁氧化物在钢管内剥离堆积堵塞的

形式及风险

󰀁󰀁使用专用仪器对高温受热面检测,对发现有氧化皮剥落堆积的管道及弯头射线透视拍片观察,清楚地看到剥落的氧化皮一般堆积在下弯头,且汽流出口侧弯头处堆积量大于进口侧,有焊缝及节流孔处也存在部分氧化皮堆积。

产生氧化皮的主要原因是高温氧化,其它原因:锅炉运行时间长短、水质、运行习惯、锅炉构造及其管子直径;弯头的弯曲半径;管排的几何形

图2󰀁清理出的氧化物堆积图

状:氧化皮的形状、以及锅炉高温受热面管进出口!30!压力差等影响。

锅󰀁炉󰀁制󰀁造󰀁󰀁󰀁总第225期󰀁

行。并容易堵塞细小管道、疏水阀门、逆止门等,使系统产生内在的潜在隐患。

4)流动蒸汽带出的氧化皮对汽轮机部件产生固体颗粒侵蚀,造成汽轮机喷嘴和叶片侵蚀损坏并污染水汽品质使汽水中铁含量增加,造成锅炉受热面沉积速率增加。

图3󰀁受热面剥落的氧化皮分布图

6󰀁控制锅炉受热面管内壁氧化皮剥落堆积的技术措施

󰀁󰀁10增加了温度测点,加强温度监督,要求高温过热器出口蒸汽温度不超571󰀂,屏式过热器出口温度不超过535󰀂,高温再热器出口蒸汽温度不超过569󰀂,严禁锅炉超温运行。

2)加强受热面的热偏差监视和调整,防止受热面局期超温运行。

3)尽可能减少启停次数、频度,减缓升温和降温速率。

4)机组启动期间应进行受热面吹扫及汽水品质监测。

5)机组启动结束,维持机组一段时间相对较大负荷稳定运行,以尽快带走过热器管内残存的氧化皮。

6)在检修期间,采用射线和测试仪对高温受热面管进行氧化皮堆积检测和清理。

7)蒸汽吹管。停炉后将锅炉充分冷却,待氧化皮脱落后再点火,利用蒸汽通过旁路对受热面氧化皮吹扫。

造成氧化皮管径堆积形式的影响因素有:管内的水动力特性,氧化皮的大小和形状、强度、韧性,管子内径和外形,管子收缩和不完整过度的存在,流程的几何特性,摩擦系数,其主要因素是介质压力、流速低的影响。

高温过热器自夹管弯头氧化皮堆积量最大,有10只堵塞,都在100克以上,就是因为自夹管环绕管屏弯头多使得流速低而大量堆积。

经实际试验:对于󰀁44.5*7.5mm的钢管,15g氧化物堆积,就堵塞管径1/2,30g足以堵塞弯头引起爆管。一般氧化皮堆积堵塞管径小于1/3不会引起爆管风险,但需要记录跟踪检测,堵塞管径达到1/2就会引起管道过热,氧化速度加快,形成一种恶性循环,长时间有爆管风险,需要割管清理,当堵塞管径大于1/2乃至整个管径,就会引起管道短期过热爆管,甚至在锅炉启动时就会爆管,当然需要割管清理。

5󰀁氧化皮的产生和剥离对机组运行的危害

󰀁󰀁1)氧化皮的产生会影响金属换热效果,影响机组运行的经济性。

2)氧化皮剥离会造成受热面超温爆管。3)氧化皮的产生容易使主汽门卡涩,造成机组停机,主汽门无法关闭,威胁着机组的安全运

7󰀁结󰀁论

通过对锅炉受热面管氧化皮剥落堆积的检测和分析,更进一步地提高了对不锈钢管表面氧化皮问题的认识和重视,落实有效地控制氧化皮剥落堵塞爆管的技术措施,使得锅炉一次成功启动并安全平稳地运行,为超临界机组防治氧化皮剥落堵塞爆管提供了很好的借鉴。

欢迎订阅󰀁󰀁欢迎投稿欢迎刊登广告信息󰀁