奥氏体不锈钢因具有热强性高、耐蚀性和高温力学性能优良以及焊接性良好等特点,在大型电站锅炉得到广泛应用,国内早期超临界锅炉的高温受热面大量采用TP347H材料。但运行经验表明,TP347H材料抗高温蒸汽氧化性能较差,在机组运行一段时间后,其管子内壁易产生氧化皮,氧化皮的热阻效应会导致管壁超温,且氧化皮经热胀冷缩后易剥落,在管内沉积引起堵塞爆管。剥落的氧化皮还会严重侵蚀汽轮机叶片和阀门,导致泄漏等问题,严重影响机组的安全稳定运行。
不同材质锅炉炉管的高温蒸汽氧化皮有着独特的结构特征、生长过程和剥落规律,充分了解氧化皮生长剥落规律,借助必要的技术手段观察和监测氧化皮所处的发展阶段和状态,是预防、治理氧化皮危害的基础。
本文深入探讨锅炉氧化皮的生成机理和结构特征,总结氧化皮生长剥落基本规律,为锅炉运行方式调整、检修策略制定提供依据。
一、氧化皮的生成过程
常温下,奥氏体不锈钢表面会形成一层致密的Cr2O3薄膜,阻止了活性物质向基体的侵入腐蚀,因此其具有良好的抗蒸汽氧化性能。
高温状态下,特别处于超(超)临界状态下的高温蒸汽环境下,奥氏体不锈钢表面氧化层的结构、抗氧化腐蚀机理以及抗氧化性能均与常温状态下存在较大不同。
高温蒸汽环境下奥氏体不锈钢的氧化过程如下: