火电厂锅炉再热器管高温腐蚀研究

【摘要】：在火电厂运行的过程中经常会发生锅炉再热器管被高温腐蚀的情况,本研究将以TP304H的再热器管作为研究对象进行分析.高温腐蚀的现象主要是由水蒸气的存在引起的,水蒸气一般存在于再热器管的内、外两个表面,然后经过一定的时间,便会出现腐蚀的现象。

【关键词】：锅炉再热器管； 高温； 腐蚀

中图分类号：TM611文献标识码： A

前 言

火电厂锅炉再热器是锅炉爆漏事故最为频繁的部件之一。近年发展起来的以受热面管工作温度来判断其超温服役状态的剩余寿命评价与计算, 为现场生产和检修提供了有力的技术支持。获得实际运行中管排温度场分布数据的常用手段, 是在检修中冷态测量管子内壁氧化皮厚度及管子的剩余厚度, 依据氧化皮厚度与温度的经验关系计算管子的工作温度和平均壁厚消耗速度, 估算哪些管子处于超温区。由于评价体系中采用的测度, 估算哪些管子处于超温区。由于评价体系中采用的测度, 估算哪些管子处于超温区。由于评价体系中采用的测皮的生长规律并不完全清楚以及氧化皮的存在造成了传热变化。

一、火电厂锅炉再热器管的高温腐蚀

1.1 火电厂锅炉再热器管的内壁腐蚀火电厂的锅炉再热器管出现孔洞，一般都是在内层与外层之间。此时，内层与外层之间出现一定的间隔，内氧化层与基层也会间断，内层变得比较独立，同时会出现很多大小不一的颗粒，这些颗粒就是氧化的结果。通过传统的数据分析我们可以看到，内层的氧化物一般是由铬的氧化物形成的。内氧化是伴随着外氧化发生的，在内氧化层与外氧化层之间会形成一定的通道，很多的水蒸气与氧气会通过这个通道，在内层发生更为严重的腐蚀，严重的时候甚至会发生脱落掉皮的现象。我们应该认识到，火电厂再热器管的内部是一个比较复杂的环境，它存在各种水蒸气与热气，整个化学反应过程都是由水与氧气共同参与的。对于比较新的锅炉再热器管来说，参与最多的金属是铁与铬，这两种金属元素分别在水与氧的环境之下生成相应的氧化物，再生成一定的还原氢。此外，在氧化时，铁会生成各种形式的氧化物。通过上述化学反应的分析，我们可以知道，腐蚀物的主要成分是各种铁的氧化物。在整个过程中，氢也参与了相应的反应，但是因为氢参与的反应比较多且复杂，到目前为止并没有统一的定论。目前学术界比较认可的一种说法是，氢在还原铁的氧化物方面发挥了比较大的作用。在这之后，便产生了水，水的形成又会对这个环境产生一种促进的作用。而且，因为在氧化的过程中，各种反应是随机发生的，所以，我们可以看到各种孔洞的形状也是比较随机的，出现不规律的情况。

1.2 火电厂锅炉再热器管的外壁腐蚀

火电厂锅炉再热管的外壁腐蚀具有不同于内壁腐蚀的一些特征。例如，它在外观的表现方面，内壁发生腐蚀的是不均匀的，具有颗粒大小不一的特点。但是发生在外壁的腐蚀，外观用显微镜观察的时候才可以发现很多的致密物质存在于外壁上。并且这些致密的氧化物之间也不是完全充实的，它们之间存在着一些微小的孔洞，这些孔洞的存在是因为硫的氧化物与氧气逐渐发生了渗透而形成的。我们通过观察可以看出，外层氧化的基本金属仍然是铁与铬。但是这种氧化物不同于内壁上，在水与氧气的氛围中形成的氧化物，这种氧化物一般是在含硫的氧化物与氧气的氛围中形成的。因为外壁会受到来自各个方面的；中击、摩擦等，所以所生成的各种氧化物不会长久地存在于外壁上，一般在生成不久就会被磨掉。外壁因为受到严重腐蚀的同时也受到了一定的摩擦与撞击，所以外壁在很短的时间之内就会受到比较严重的磨损，并且这种磨损并不是没有规律存在的，它是按照一定规律形成的。一般是按照抛物线的形式，当然，这并不仅仅是简单的抛物线方程。它存在一定的系数，这个系数的存在帮助我们计算外壁使用的时间。

二、 腐蚀的形式与防治

2.1如果煤粉在气流的作用下,在贴壁附近燃烧,使其周围区域严重缺氧,形成还原性气氛,导致炉内腐蚀性气氛增强.在含氧量较高的区域H2S的含量较低;而在含氧量较低且CO含量较高的区域H2S的含量较高,导致严重的高温腐蚀.当蒸汽温度高于565℃时,燃料灰分中含有较多的S、V及碱性物质等成分时,往往在覆盖有熔盐或积灰层下的管壁上发生烟灰腐蚀.燃料中含有的S、V及碱性物质越多,炉管金属的耐蚀性、耐热性越差,腐蚀越易发生;管壁温度越高,腐蚀越严重。

2.2飞灰也是造成高温腐蚀的主要因素,含有较多未燃尽煤粉的气流直接冲向受热管时,除了造成受热管附近的温度增加和形成还原性气氛外,还将直接冲刷金属管壁,导致磨损和腐蚀的发生。

2.3烟气侧高温腐蚀还与低熔点的沉积物有关.与烟气侧腐蚀有关的重要组元的熔点均在400℃~900℃范围内,这也是锅炉“四管”烟气侧的工作温度范围,当燃料中存在这些组元时就会促进“四管”的高温腐蚀。 锅炉燃料普遍含S,在燃烧过程中S几乎都氧化成SO2,其中约有6%~7%的SO2进一步氧化成SO3。在高温状态下SO2和SO3均呈气态.由于SO2不易和高温水蒸汽结合,对锅炉受热面的危害不大,但SO3能与水蒸汽结合生成H2SO4,对受热面有较强的腐蚀作用。

三 、火电厂锅炉再热器管腐蚀物的形成对于温度的影响

锅炉再热器管的外壁与内壁会因为氧气、水、硫的氧化物的存在与铁、铬发生氧化还原反应，生成相应的氧化物，这些氧化物的存在会对内壁与外壁形成一定程度的腐蚀，让锅炉的再热器管形成孔洞。同时这些氧化物的存在会对于导热性形成～定的影响，这些氧化物的导热性，必定比原先金属的导热性差很多。很多的实验数据都证明了这一点，当氧化物形成的时候，锅炉再热器管的两端并没有发现比较大的温度变化，但是在锅炉再热器管运行的过程中，我们却可以明显测量出温度的升高。一般对于一个锅炉再热器管而言，它是存在于一定的温度范围内的，但是因为这些氧化物的存在，使热量没有办法传导出去，因此，锅炉再热器管便会在高于自身极限温度的情况下运行。这样的情况会使锅炉再热器管的寿命急剧下降，并且高温本身会加快氧化还原反应，使得腐蚀物的形成更加迅速，整个过程便会形

成恶性循环。一般我们在预测锅炉再热器管的寿命时，会忽略温度的影响，导致我们的预测存在比较大的偏差。

四、火电厂锅炉再热器管高温腐蚀的对策

锅炉再热器管内壁腐蚀主要是低氧压环境的高温水蒸气腐蚀，氧化层由内层和外层两部分组成，在内、外层之间存在大量孔洞，在基体前沿的区域形成了以铬的氧化物为主的不均匀内氧化物，外氧化层有明显的剥落倾向。在火电厂的锅炉再热器管外壁受到的腐蚀是由于二氧化硫与氧气的存在造成的，并且在腐蚀的作用之下，还伴随着一定程度的撞击与摩擦。腐蚀物的存在对于锅炉再热器管的外壁是具有一定保护作用的，它使得气体与金属的反应面积减小，降低了内部的腐蚀面积。但是因为撞击与摩擦的存在，使得整个过程更加剧烈。根据高温氧化和腐蚀基本抛物线规律。及锅炉再热器管运行过程中氧化皮生长规律和管壁减薄的情况，可以估算TP304H锅炉再热器管的爆管时间，这一方法与现场的实际情况较为吻合。

结 论

(1)火电厂锅炉TP304H 再热器管在实际运行中发生了较为严重的腐蚀。管子内壁主要是低氧压环境的高温水蒸汽腐蚀, 氧化层由内层和外层两部分组成, 在内/ 外层之间存在大量孔洞, 在基体前沿的区域形成了以 Cr 的氧化物为主的不均匀内氧化物,外氧化层有明显的剥落倾向;(2) 管子外壁遭受的是低硫压 SO2+ O2混合气体的高温腐蚀及烟气冲刷磨损的联合作用。在冲刷较轻的部位, 形成了连续的腐蚀产物; 在冲刷较严重的弯头部位, 则没有腐蚀产物的留存, 强烈加剧了腐蚀的进行;(3) 根据高温氧化和腐蚀基本遵从抛物线规律, 及管子运行过程中氧化皮生长规律和管壁减薄的情况, 可以估算 TP304 锅炉再热器管子的爆管时间, 这一方法与现场的实际情况较为吻合。

参考文献

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[2] 李耀君.刘数涛等高温锅炉寿命预测技术及其应用[J].热力发电.1999(5).50-64.