过热器氧化皮生成规律及预防控制关键技术研究简介

目前国内超(超)临界机组受热面管子大量采用不锈钢，随着蒸汽参数的提高，氧化皮脱落堆积问题会更加普遍，造成管壁超温、堵塞爆管等问题，还可能导致汽轮机叶片受损、阀门卡涩等。该问题势必严重影响机组安全水平和机组利用率。因此，研究氧化皮的生成位置、构造、成份的规律；探究氧化皮生长和剥落的关键影响因素，对氧化皮的剥落情况进行在线监测；对氧化皮的堆积分布进行模拟预测，确定重点部位，定期进行氧化皮检测和处理，为确保机组的安全运行。该问题的解决已是刻不容缓。本课题研究的检测技术可以高效、经济的解决机组氧化皮剥落的问题，

本项目提供了一种综合性的氧化皮堆积预测、在线监测、定期重点检测监督、可靠处理的实用技术。经数值模拟、仪器设备研制、实验室检测及现场验证，该技术能够实现氧化皮的预防和控制，大大降低氧化皮堆积爆管事故发生率，实现机组的长周期安全可靠运行。

鉴于近十几年各大发电集团中的火电企业均出现过此类材质的受热面管氧化皮严重脱落，造成受热面管排因为氧化皮堆积频繁发生爆管的事件。2013年6月，彬长公司曾委托陕西圣诺信电力科技有限公司对其1号炉高过、高再及屏过进行了氧化皮堆积检测，检测结果未发现明显的氧化皮堆积，管子处于低风险或无风险状态。2016年5月,中国大唐集团科学技术研究院有限公司西北分公司（以下简称大唐西北院）对彬长公司2号炉高过、高再及屏过进行了氧化皮堆积检测，共检测4000个弯头部位，检测结果发现高再最外3圈管子，共计44根管子弯头部位氧化皮堆积超过30%，管子处于高风险状态。高再最外3圈管子由外向内材质分别为TP347H、TP304H和TP304H。故可以看出，氧化皮堆积严重的管子均为奥氏体材质，蒸汽氧化问题严重，机组的安全可靠性受到极大威胁。

基于以上问题，于是2015年开始立项组织“过热器氧化皮生成规律及预防控制关键技术研究”。

该项目从以下几个方面进行研究，一、结合国内外蒸汽氧化动力学规律，参照耐热钢和高温耐热合金的蒸汽氧化性能研究，探究蒸汽氧化的动力学影响因素；二、了解超临界机组过热器管道中携带系数变化规律，掌握各汽水取样点腐蚀产物颗粒度随机组负荷变化的规律，探索机组负荷对氧化皮剥落的影响；三、跟踪氧化皮的脱落规律，建立颗粒物在过热器管道中蒸汽携带模型，并验证模型的可靠性，进而模拟颗粒物在过热器管道中随蒸汽的运动和聚集过程，研究机组负荷变化时颗粒物携带的变化规律；四、腐蚀产物颗粒度在线监测技术，开发腐蚀产物颗粒度分布测试仪，将检测的颗粒信号输出显示到触摸屏，并开发上位机组态界面，完成数据的显示和存储；五、对比射线法和磁性法的氧化皮检测手段,探究两种检测手段的优劣性,探究不同氧化皮堆积检验技术的适用条件;六、针对氧化皮堆积形成后的处理进行研究,形成针对不同氧化皮堆积状况的处理方案；七、综合氧化皮生成、运行、检验、清理等多方面因素，创造性提出了火力发电厂氧化皮全方位、整个周期内的氧化皮综合治理方法，提升区域电厂四管“防磨防爆”技术管理水平。

通过“过热器氧化皮生成规律及预防控制关键技术研究”：一、结合过热器氧化皮颗粒物的生成、分布和迁移规律，采用数值模拟的方法，建立过热器管道中氧化皮被蒸汽携带的模型，模拟颗粒物在过热器管道中随蒸汽的运动和聚集过程，获得氧化皮容易堆积形成的位置；二、研究国产的氧化皮颗粒度在线检测技术，提出氧化皮颗粒度在线监测的技术方法，并开发了腐蚀产物颗粒度在线检测仪，填补了国内颗粒度在线检测仪的空白，形成具备数据记忆的在线监测国内领先设备；三、开发出针对奥氏体不锈钢氧化皮清理专用工具；四、提出了火力发电厂氧化皮全方位、整个周期内的氧化皮综合治理方法，经济效益高，效果良好；五、通过本项目研究获得国家实用新型专利5项，发明专利1项，发表文章2篇。

本项目的研究成果可有效规避火力发电厂过热器、再热器受热面管子因氧化皮脱落堆积导致爆管现场从而造成的重大设备事故的发生。同时相较于传统的、单一的氧化皮问题治理方法，从氧化皮的生成、剥落、检验、处理等不同角度出发，治理效果良好。以某热电厂为例，其带来的直接经济效益和间接经济效益高达约1728万元，这还不包括因为氧化皮剥落间接带来的设备损坏和人员伤亡。

本课题通过系统的研究，结合试验验证，最终形成了一套全方位、多角度的针对电站锅炉过热器等受热面管氧化皮堆积爆管问题治理方法，同时实现了氧化皮剥离的在线监测技术，对机组的安全运行具有重要意义，值得在火电行业推广。