浅谈超临界机组蒸汽侧氧化皮产生与综合治理.pptx
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1、浅谈超临界机组蒸汽侧氧化皮浅谈超临界机组蒸汽侧氧化皮产生与综合治理产生与综合治理安徽华电宿州发电有限公司2011年8月主要内容前言一、氧化皮产生与剥落机理二、宿州公司锅炉氧化皮检测情况三、氧化皮产生与剥落对机组的危害四、宿州公司锅炉氧化皮综合治理措施五、氧化皮导致停机事故案例前言 上世纪70年代,国际上认为蒸汽通流部件表面氧化层的形成与剥落主要有运行工况和通流部件选材等方面有主要关系。随着我国超(超)临界高参数机组发展,蒸汽通流部件氧化皮剥落造成管道堵塞、爆管、主汽门卡涩和汽轮机部件侵蚀等问题在不断出现,虽各单位在机组检修时采用不同方式进行了处理,但其产生原因和规律及防治措施,还未得到有效彻底
2、解决。目前随着机组服役期的延长和越来越多的机组承担调峰任务,以及高参数机组的发展,氧化皮产生与剥落问题更为突出。有的机组仅试运行不久就出现该情况,尤其是奥氏体钢的氧化皮剥落堵塞爆管表现更为明显。这一类问题的产生不仅影响机组安全运行,而且降低了机组的可靠性和经济性。一、氧化皮产生与剥落机理1、高温蒸汽管道内壁氧化皮形成从热力学角度来讲,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,Fe+H2O Fe3O4+H2(高温)此反应在铁表面进行,在表面形成Fe3O4.氧化膜,并随同有氢析出。当温度高于570,内部氧化物的分布为FeO、Fe
3、2O3、Fe3O4,FeO与金属基体相结合不致密。氧化膜的生长遵循塔曼法则,根据此法则氧化膜的生长与温度和时间有关。氧化膜的生长速度与蒸汽压力有关,蒸汽压力低比压力高生长速度快,不同材质蒸汽侧氧化皮生长速度是不一样的,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。2、高温蒸汽管道氧化皮剥落机理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从而形成连续的氧化皮,这种氧化产皮通常附着在管壁上,氧化皮的剥落一般具备两个条件:一是氧化皮要达到一定厚度(不锈钢0.1mm,CrMo钢0.2-0
4、.5mm);二是高温蒸汽管道温度变化频繁,且幅度较大;又由于氧化皮的膨胀系数与奥氏体不锈钢金属的线膨胀系数相比差别很大,温度变化时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变化剧烈时就会引起管内氧化皮大面积剥落,脱落后的氧化皮屑掉入管子底部并逐渐聚集就会造成管子堵塞。(备注:不锈钢线膨胀系数2.110-5;氧化物线膨胀系数0.910-5)二、宿州公司氧化皮检测情况1、机组概况 华电宿州公司目前一期工程2630MW机组,均为超临界前后墙对冲直流锅炉,机组分别于2007年9月、11月份投入商业运行。自投运以来未发生过由于氧化皮堵塞爆管事故。宿州公司#2机组为630MW,东方锅炉(集团
5、)股份有限公司生产超临界机组,其型号为:DG1900/25.4-3型,锅炉为超临界参数变压直流本生型锅炉,一次再热,单炉膛,尾部双烟道结构,采用平行挡板调节再热汽温,固态排渣,全钢构架,全悬吊结构,平衡通风,半露天布置。#2机组自2007年11月投产,截止2011年5月已运行20000多小时,未发生“四管”泄漏非停事故,但#2机组2011年5月检修期间,#2锅炉高温再热器出汽侧弯头发现大量氧化皮脱落堵管,#1锅炉目前未出现大面积脱落现象。2、#2锅炉受热面氧化皮检测情况#2机组小修中,使用氧化皮检测专用仪器对锅炉受热面管弯头氧化皮沉淀情况进行了全面检查,并通过X射线拍片验证,高过及屏过(抽查)
6、检查情况较好,未发现氧化含量超标弯头,但检查验证发现高再84只弯头氧化皮堵管面积超过30,已经阻碍蒸汽流动,决定对氧化皮含量超标弯头进行割管清理,其中堵管30-40,10只;堵管40-50,29只;50以上堵管,45只。割管清理后100g以上的弯头4只,最重106g。堵管面积堵管面积弯头数量弯头数量30-4010只40-5029只50以上45只拍片与清理出氧化皮形态对照图3、原因分析3.1运行因素由于锅炉运行时间已经超过20000h,TP347H材料性能决定,已进入了氧化皮脱落的高峰期,据调研,超临界机组正常温度运行(571),氧化物高峰期一般在15000小时左右就会出现脱落堵塞管道,国内机组
7、高峰期最早的在3100小时左右。且运行温度越高,高温氧化就会加速,氧化高峰期来的越早。TP347H管氧化皮厚度与内壁温度的关系图(Mils:千分之一寸,1 mils=25m)571相当于1159F3.2高再温度偏高形成多层氧化膜 按照国内计算,管子内壁一般比管子外壁高出50,因此高温再热器钢管内壁实际温度应为569 50 619;因而锅炉设计时应用大量的SA-213TP347H(最高使用温度650)不锈钢材料,经研究蒸汽温度在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 以上时不锈钢管料就会发生所生成的氧化皮剥落事故,特别是超临界锅炉不可避免产生氧化皮脱落.经调
8、取高再温度曲线发现高再运行一般在540-590,那么钢材内壁温度基本在590-640,因此在管壁内会不断产生不致密的氧化膜。目前通过运行优化燃烧调整,提高吹灰效率等方式,高再壁温基本维持在570以下,但在每天升负荷时温度还是较高。3.3高再壁温突降较严重经调取小修前高再壁温曲线,我们发现一般在0.5h-1h内,温降50以上,最高有70-80温度突降,短时间内温度突降有利于氧化皮剥落,国内有关手册所显示过热器及再热器管材钢的热胀系数一般在162010-6/,而Fe3O4则分别为9.110-6/,由于热胀系数的差异,当氧化层达到一定厚度后,在温度发生变化,尤其是发生反复的或剧烈的变化时,氧化皮容易
9、从金属基体剥离。目前通过降低减温水投入速度,(或基本不用),加强尾部烟气挡板调节,温降有所改善,一般在40左右。三、氧化皮产生与剥落对机组的危害1、氧化皮剥落堆积会导致受热面超温爆管机组在停机和启动,以及负荷、温度和压力变化较大时,锅炉受热面上达到剥离条件的氧化皮开始逐渐剥离下来,堆积在锅炉受热面蛇形管底部,从 垂直管段剥离下来的氧化皮垢层,一部分被高速流动的蒸汽带出过热器和再热器,另有一些会落到U型弯处,当某一根管子开始有了一些脱落物堆积时,由于流动阻力增加,氧化物堆积会降低弯头处热交换效率,它的管壁温度就会比周围的管子高.由于底部弯头处氧化皮剥离物的不断堆积,使得管内通流截面减小,阻碍蒸汽
10、流动,导致管内的蒸汽流通量减少,使管壁金属的温度升高。当堆积物量达到一定程度时,则会造成管壁超温而引起爆管。某电厂(600MW超临界锅炉)06年4月在#1炉在运行过程中爆管,转入检修,检修中发现高温过热器、屏式高温过热器发生大面积氧化皮堵塞现象,高温过热器抽检3屏60根管子,有17根管子堵塞,敲管后全部堵塞,高温过热器全部割管处理;屏式高温过热器敲管后全部割管处理;高温再热器内氧化物含量未超标不影响管子安全运行未处理。启动先后消缺停机两次,第三次启动时爆管,经检测又有100余根管子堵塞。#1炉属于典型的超温大面积爆发。2、氧化物会对汽轮机部件造成侵蚀 流动蒸汽带出的氧化皮对汽轮机部件产生固体颗
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