摘要：锅炉受热面管若产生氧化皮将会对锅炉的运行有着极大的危害。因此，对锅炉受热面管氧化皮进行检测历来都是预防锅炉爆管的重要手段。而超声波技术的应用，则对锅炉受热面管氧化皮的检测有了极大的帮助。基于此，本文就锅炉受热面管氧化皮的超声波检测进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定帮助。
关键词：受热面；氧化皮；预控措施 引言
随着锅炉使用时间的增加，氧化皮往往容易产生氧化皮，由于氧化皮与钢管基材膨胀系数差异较大，在停炉冷却过程中，氧化皮因受力脱落，堆积堵塞受热面管，如检查清洗不彻底，会导致锅炉在超温爆管后重新启动。为了防止爆管事故的发生，必须减少和避免氧化物剥落和积累。虽然对氧化皮问题采取了不同的处理方法，但对氧化皮产生的原因、规律及预防措施尚无系统的研究。因此，本文对这些问题进行了探讨。
1.氧化皮的生成机理及危害 1.1 氧化皮的生成机理
在亚临界及以上机组的锅炉高温段受热面管内，过热蒸汽温度都大于540℃，此时的高温水蒸汽与金属材料中的铁直接反应，生成Fe3O4并放出H2，且温度越高，这种蒸汽腐蚀就越剧烈，具体化学反应式如下：
3Fe＋4H2O→Fe3O4＋4H2 （1）
蒸汽温度的不同反应产生的氧化皮组成也有所区别。当温度小于570℃时，产生的氧化皮主要由Fe3O4和Fe2O3构成，形成的氧化皮组织较为致密，可以避免基体母材的进一步氧化；但当温度大于570℃时，产生的氧化皮主要由
Fe2O3、Fe3O4和FeO构成，其中Fe2O3在最外侧，Fe3O4在中间，FeO在最里侧，此时形成的氧化皮组织疏松，致密性差，易受外界作用，从而使基体母材不断与高温水蒸汽发生化学反应，加剧了氧化皮的生成。
1.2 氧化皮的危害
高温受热面管氧化皮问题一直是困扰电站锅炉安全运行的重要因素。氧化皮的导热系数比基体母材低，当产生氧化皮后，会影响传热效果，易造成管壁超温，管壁超温反过来又会使氧化皮的厚度增加，如此形成恶性循环。此外，由于氧化皮塑性和热膨胀系数与基体母材差别较大，在锅炉启、停过程中，管内壁氧化皮极易产生脱落，造成堵塞爆管。因此，在检修期间对高温受热面内壁氧化皮进行厚度测量，及时监控氧化皮的情况，对机组安全经济地运行具有重要意义[1]。
2.高温受热面氧化皮生成原因分析 2.1 氧化皮产生机理
锅炉高温受热面管材质为奥氏体不锈钢TP347H，奥氏体金属和管中高温蒸汽发生氧化反应，生成氧化物（主要是四氧化三铁），附着在管壁上称为氧化皮。
3Fe+4H2O= Fe3O4+4H2
2.2 氧化皮剥离有二个主要条件：
2.2.1氧化皮属尖晶石结构与奥氏体面心晶格结构基体结合力较差，18-8奥氏体钢的热胀系数16-20×10-6/℃，而氧化铁Fe3O4为6.0-9.0×10-6/℃，由于晶格结构、热胀系数差异，管内氧化皮层达到一定厚度后，温度变化较大时易从金属本体剥离。不锈钢0.07-0.20mm，铁素体型铬钼钢0.15-0.30mm(运行0.5-4万小时可以达到)；
2.2.2 研究表明TP347H奥氏体不锈钢在蒸汽温度566 ℃以上时更易发生氧化皮剥落，其氧化物高峰期在10000～15000小时左右，氧化皮厚度达到一定
值，温度变化速度快，促成氧化皮剥离后堆积在弯头内不容易被蒸汽带走，会造成过热爆管。#2机组投入运行至2011年10月因氧化皮爆管，共运行18000小时，启停17次。结合理论和经验发现，机组频繁启动、升降温度过快是造成氧化皮剥离的一个必然条件[2]。
3. 控制措施
3.1 根据氧化皮产生机理和实际情况，考虑从以下2个方面控制氧化皮 3.1.1减少氧化皮的产生
氧化皮产生的主要原因是高温氧化，多年检测经验总结出受热面在不超温的情况下几乎没有超标现象。因此，控制受热面壁温和蒸汽温度不超温是首要重点。
3.1.2减少氧化皮剥落条件
①、出口蒸汽温度为570℃的超临界锅炉，TP347H粗晶不锈钢管氧化皮集中剥落的累计运行时间约在8000至15000h，若机组启、停时严格控制温升、温降速率等，氧化皮集中剥落的时间还将推迟。
②、TP347H粗晶不锈钢管氧化皮一旦大量集中剥落，再次生长增厚的速率明显降低，5万h内再次发生集中剥落的风险将大大降低。
3.2预控措施 3.2.1运行预防措施
(1)加强燃烧调整和参数控制。锅炉冷、温态启动、停运及升、降负荷过程中，过热和再热蒸汽温度、受热面管壁温度及烟温变化速率应≤1.5℃/min。邻机加热投用期间控制水冷壁温升速率≤1.5℃/min。锅炉热态启动，严格控制温升速度4—6℃/min范围之内（烟温和受热面壁温相匹配后再控制升温速率≤1.5℃/min）。锅炉负荷低于25%时，减少减温水投用[3]。
(2)采取滑参数停炉方式，停炉后控制锅炉的冷却速度。严格按规程规定控制停炉吹扫风量及吹扫时间，停炉后严密关闭风烟系统所有挡板，保持炉底水封完好，减缓炉内温度下降速度，烟温降至180℃后，根据需要方可进行自然通风冷却。
(3)严格执行吹灰制度，若机组连续380MW以上负荷运行，按规定对炉膛水冷壁和屏式过热器进行全面吹扫。
3.2.2 机组检修采取的预防措施
制定合理的氧化皮检测办法，机组停运期间利用精确仪器测量氧化皮堆积情况，高再管内径约42.8mm，堆积高度按不超过1/2管内径控制，高过管内径约28mm，屏过管内径约24mm，堆积高度按不超过1/3内径控制。
根据情况对高温再热器、过热器弯头氧化皮进行多次测量，氧化皮检测的最好时间在检修中后期，在炉内所有检修工作结束后、脚手架拆除前，再进行最后一次测量，保证启机前尽可能的减少氧化皮的堆积。检修期间不能随意敲打受热面管，避免外力作用使氧化皮大量剥离。
3.2.3水质方面的要求
机组采用给水弱氧化处理方式，采用凝结水泵出口、省煤器入口的溶解氧信号，分别对凝结水泵入口母管、除氧器下降管两点的加氧流量进行自动调节、控制。设定机组凝结水溶解氧期望值为30μg/L，省煤器入口给水溶解氧期望值为10μg/L，通过精准加氧，严格控制水质中氧含量。同时，引入省煤器入口给水的氢电导率信号，在给水水质劣化时（氢电导率＞
0.15us/cm），自动停止凝结水、给水两侧加氧，待水质恢复后再自动恢复加氧。
3.2.4 受热面超温管理
根据实际运行情况，将高过、屏过壁温超温报警值由640℃改为591℃，高温再热器壁温报警值由640℃改为610℃。在机组启动或异常情况下，加强壁温测点的检查。当受热面壁温高于规定值时，组织人员分析原因，并
根据超温时间与幅度对监盘人员进行考评，纳入绩效管理。通过降低壁温报警和加强超温管理，使管壁超温现象得到了很好的控制。
4.氧化皮生成预防 4.1 氧化皮预防措施 4.1.1 启动阶段 启动阶段应注意：
在机组启动过程中，全程监视各壁温测点的变化，随时做出曲线进行比较，当相邻屏间管壁或同屏各管壁温差达20℃，则适当降低热负荷以降低管子壁温
机组启动时，蒸汽升温、升压应同步进行。锅炉升压率控制在0.03-0.05Mpa/min（冷态），升压过程中，应通过煤量及汽轮机旁路共同调整，防止大幅度调整煤量或者旁路开度。
启动阶段严格控制减温水的投入。尽量通过燃烧控制启动温度和压力，不投入减温水；确实需要投入减温水时要控制减温水分级小量投入，保障减温器前、后温差在30k以下，防止温度剧减造成氧化皮脱落。
4.1.2 正常运行阶段 正常运行时应注意：
（1）保持屏式过热器、高温过热器和高温再热器沿程汽温恒定，避免汽温大幅波动使氧化皮脱落。
（2）锅炉运行中应加强汽温和受热面管壁温度监视和控制，严禁超限运行；如各级受热面汽温及壁温超限，应首先通过燃烧调整进行控制，其次采取降低汽温，最后采取降低降低机组负荷。炉膛出口两侧烟温偏差控制在50℃以内。
（3）运行中加强壁温监视。
（4）主汽温尽量通过煤水比调整，控制减温水量恒定，分级小量投入，保障减温器前、后温差在50k以下，防止温度剧减造成氧化皮脱落。
（5）再热汽温采用烟气再循环和火焰中心控制，尽量避免投入减温水或减温水量大幅波动。
（6）加强受热面的热偏差监视和调整，进行超温及氧化皮变化情况实时统计、记录，有效进行锅炉寿命管理，实现“状态检修”。
（7）采用锅炉给水加氧控制技术，促使锅炉受热面氧化皮沉积速率显著降低。
4.1.3 停炉阶段 停炉时应注意：
减负荷速率—般应控制在每分钟1.5%BMCR以内, 主、再热汽温下降速率应控制在1～1.5℃/min左右，注意主、再热汽温及锅炉金属壁温的监视和调整，避免降负荷速率过快引起汽温突变导致氧化皮集中脱落。
停炉过程中主要是以降低燃料为主要手段，减温水的使用要适当。机组停运过程中，专人调整汽温，并将相应汽温、壁温作成曲线作为参考；调节减温水时，应注意监视减温器出口温度和各段受热面的汽温变化，保持减温器出口温度有10℃以上的过热度，控制减温水的使用，防止大幅度开关。停炉后，定期监测锅炉管内壁氧化层厚度。
5.结束语
综上所述，锅炉作为工厂中的必备设施，但其受热管面容易出现氧化皮，威胁到锅炉的正常运行。因此，必须要对氧化皮进行定期检测，而超声波技术的应用，则为检测工作带来了极大的便利，相信通过不断的应用探索，超声波检测技术肯定会为锅炉受热面管氧化皮的检测带来更大的帮助。 参 考 文 献
[1]唐海宁.大容量电站锅炉金属氧化皮问题综合分析.东南大学硕士学位论文，
2007.8
[2]梁百华. 600MW超临界直流锅炉氧化皮脱落原因分析及预防.中国电力教育，2011（33）
[3]王志军.超临界机组氧化皮综合治理.第四届火电行业化学（环保）专业技术交流会论文集.2014.12
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