（神华河北国华定州发电有限责任公司河北定州073000）
摘要：高参数机组锅炉过热器氧化皮治理问题一直是限制机组安全运行的一个重要问题，更是一个技术难题。本文对600MW机组锅炉过热器氧化皮治理问题进行了研究，采用了局部管材升级后进行过热器化学清洗的氧化皮综合治理方案，并对技术难度较大的化学清洗进行工艺优化，取得了较好的应用效果。提高了换热效率、延长了材料的高温蠕变寿命并显著降低了过热器因氧化皮剥落堆积爆管的安全隐患，为高参数机组锅炉过热器氧化皮治理提供了成功的借鉴经验。
关键词：过热器；氧化皮；管材升级；化学清洗；工艺优化
1情况简介
随着我国火电发电行业迅速发展，高参数大型火电发电机组逐步投入商业运行，诸多高参数火电发电机组锅炉过热器普遍采用铁素体钢和奥氏体钢材料，该管材投入运行后，在560℃及以上高温蒸汽长期侵蚀下，蒸汽中氧离子与逐步渗透到金属内层与铁离子发生化学反应，氧化铁积存在表层，继续与蒸汽中氧离子反应形成三氧化二铁或四氧化三铁即氧化皮。当氧化皮厚度达到0.07-0.1mm（通常运行6000-10000小时），在锅炉启停过程中，因金属温度与氧化皮膨胀系数不同，金属温度快速变化使得氧化皮与金属表层分离脱落。当剥落物堆积到管排下部弯头部位，将引起管路堵塞而发生超温爆管；当剥落物随蒸汽进入主汽阀会造成主汽阀卡涩；当剥落物进入汽轮机将发生固体颗粒冲蚀（SPE）。因此，过热器氧化皮为限制高参数火电发电机组长周期安全运行的一个重要因素，目前常用的治理方式或者投资巨大或者治理效果较差。
2综合治理方案研究
2.1管材升级技术分析
管材升级的方案是在机组停机检修期间将原高温受热面管屏更换成材质更高等级、抗氧化性能力更强的管屏。河北国华定州电厂后屏过热器在材质的设计选型上最为薄弱，设计裕量少，大部分材质设计是从第5号管至20号管采用抗氧化性能差的12Cr1MoV，从壁温计算结果及安全余量分析，结合屏过炉内各管壁温余量可以看出，后屏过热器的部分管屏材质最易产生氧化皮脱落带来的问题。通过管材升级后管屏的抗氧化能力大大提高，减缓氧化皮的生成和脱落，锅炉运行安全性、可靠性将大大提高，有利于机组长期稳定运行，从根本途径解决氧化皮大面积剥落爆管事件。但进行管材升级费用极高，且工作量较大，增加了较多检修成本和检修时间。同样在进行管材升级的过程中由于焊口数量多，易造成因焊接或者热处理工艺不当给管屏焊口带来隐性缺陷，影响锅炉的安全、稳定运行。
2.2化学清洗技术分析
化学清洗的方案是将高温受热面通过特殊工艺配方缓蚀剂进行缓蚀后用添加了清洗助剂的清洗液对管道进行清洗的方法。化学清洗后能有效的将氧化皮通过络合或溶解的方式去除到清洗液中而又不引起管材本身的化学腐蚀。化学清洗后几年内可避免氧化皮问题出现且与整体换管相比，更长时间内可避免氧化皮问题出现。此种方案清洗具有效果好、费用适中、保留抑制氧化皮快速生成的“富铬层”的优点。但化学清洗法成功的案例和工艺不多，技术难度较大。若工艺控制不好，容易在清洗过程中造成过热器氧化皮的脱落堆积堵管或清洗液腐蚀过热器管子的情况。
综上所述，河北国华定州电厂经过长时间的研究、交流和准备，从经济性和氧化皮去除效果上综合考虑，采用将部分设计余量低的后屏过热器局部材质升级后再进行过热器氧化皮化学清洗的综合治理方案，并对过热器化学清洗工艺进行优化处理。
2.3化学清洗工艺优化措施：
（1）炉顶分隔屏入口两支路均安装DN300蝶阀。
此项措施便于在大流量冲洗的过程中可进行左右侧两路分别进行流量控制，并且通过迅速开关两个蝶阀大大增加了流体的扰动，对防止过热器管内因施工作业而放置的水溶纸造成堵管或者因管中存汽而造成的“气塞”引起部分受热面管道“欠洗”或“过洗”起到重要作用。
（2）在清洗管道中增加抽真空排气管路。
此项措施便于在化学清洗工作系统上水的过程中对过热器受热面管道进行有效排气，将可能出现的“气塞”情况降到最低，充分保证清洗的效果及受热面管道的安全性。
（3）将炉顶各排空气管采用DN32硬管汇总后分别接至储药箱、排放系统并增加系统回水至配药箱管路（Ф159），即配药箱可参与系统大循环升温排气。
此项措施可保证在清洗的过程中所产生的气体随时通过顶部敞开式的配药箱进行排气，保证过热器管道内不因新增气体而产生“气塞”的后果。
（4）在参与系统大循环的储药箱内部制作滤网及排渣挡板。
此项措施可使得清洗过程中清洗液所携带的氧化皮碎渣在滤网及挡板处被有效的拦截，过滤后的清洗液进行再次循环清洗。将氧化皮碎渣进行拦截可有效的防止随着清洗液的携带使其在受热面管子的U型弯部位沉积以导致因化学清洗而带来的堵管事故的发生。
3化学清洗方案实施
河北国华定州电厂于2015年9月至12月机组停机检修期间，对1号锅炉氧化皮治理项目予以实施，对后屏过热器进行了局部材质升级后对锅炉过热器进行了化学清洗。
（1）对后屏过热联箱2个三通对应的5-9屏和17-21屏共计10屏第6-20管入口段U型弯起至出口垂直段顶棚下方300mm，12Cr1MoV材质更换为SA213-T91材质。进行局部材质升级后使得后屏过热器抗氧化能力提高，锅炉运行安全性、可靠性大大提高。
（2）将化学清洗临时系统管道由专用卡板接入汽机侧主汽门后在锅炉侧分隔屏入口连接管道截断接出，并将延伸侧墙至后屏入口集箱的流体冷却定位管截断加上堵板。从而化学清洗液即可以实际运行中主蒸汽流动方向相反的流向流经末级过热器、后屏过热器、分隔屏过热器进行氧化皮化学清洗。经过实验室小样儿的试验研究及相关技术人员的多次论证，最终确定选用催化柠檬酸清洗介质，添加过热器酸洗专用缓蚀剂以及相关清洗助剂，分两个阶段进行的工艺方式对1号锅炉过热器进行了化学清洗。经过化验分析，两个阶段清洗液共去除∑Fe为11293mg/L，对过热器进行化学清洗后各材质过热器管内表面的表层氧化皮可基本清洗干净，且富铬层得以保留完整，并保证奥氏体不锈钢材质均不发生晶间腐蚀，较好的保证了日后机组运行的安全性、可靠性。
4氧化皮治理效果分析
4.1后屏过热器进行局部材质升级后受热面积保持和原设计相同，没有大的结构改变，只是局部将抗氧化性能低的12Cr1MoV材质更换为抗氧化性能力更强的T91材质，避免了后屏过热器氧化皮剥落堆积爆管的隐患，对其他受热面的传热无影响。
4.2过热器进行化学清洗后经过化验分析，第一阶段清洗后清洗液中∑Fe达到8653mg/L（见图1），第二阶段清洗后清洗液中∑Fe达到2640mg/L（见图2），结合酸洗后通过对割取的分隔屏15CrMoG、后屏12Cr1MoV、后屏TP347H后屏T91和末过T91样管计算出本次酸洗的表层氧化皮去除率（见表1）可以看出，各材质过热器表层氧化皮去除率均达到95%以上，管内表面的表层氧化皮均已完全清洗干净，且富铬层基本保留完整（见图3）。经过进一步进行计算得出腐蚀速率均小于0.9g/（m2•h），腐蚀总量均小于32.22g/m2（见表2、表3），奥氏体不锈钢材质均未发生晶间腐蚀，有力的保证了日后机组运行过程的安全、经济、可靠。