锅炉高温过热器管的寿命评估

1、2001年第4期(总第120期)s朋腕札锅炉高温过热器管的寿命评估Life Assessnient of Tubes in Superheater of Boiler(250002)山东电力研究院(201800)上海鸿致科技研究所(261031)山东潍坊发电厂张都清张广成雒利勇李永强 周顺深宫伟基通过无损评价和破坏性试验两个方面对山东某一火电厂的过热符进行试验建立了锅炉过热器笹的寿命评估方法.以便有 效地指导现场检修过热署管无损评价破坏性试脸寿命评估Aljstract Life assessment of I he superheater tubes has been performed li

2、um destructive and nondestructive exaniiulions lhe methxl of life assessment was cstablishcdKey Words Superheater tube Destructive test Nondestractiw test Life Assessirenl:TK223.3J:1007.9904(2001)04 0006- 03© 1995-2004 Tsingluta Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.2001年第4期(总第120

3、期)s朋腕札© 1995-2004 Tsingluta Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.2001年第4期(总第120期)s朋腕札山东某电厂3号炉是上海锅炉厂生产的180 480- 45型锅炉，180 l/h.设计参数为480C4.99 MPa 过热器管规格为942 X3. 5 mm 其材料是15 Crb钢。1972年8月投产至1998年11月割管取 样时，已累计运行19万小时。管子的运行时间已 超过原10万小时的设计寿命，管子继续运行的安 全性如何？是本文所研究的问题。试验用的试样直接取自过热器管子上在运行 后管

4、子割取圆环形用来测量外壁腐蚀层和内壁轼 化层的厚度以及管子运行后实际壁厚这些测量 是将制备好的试样放在工具显微镜上和采用超声 波技术测量氧化皮的厚度。蠕变断裂试验是在标 准RD2- 3型蠕变试验机上进行.试验用的试样直 接取自运行后的过热器管子上.试样形状呈瓦片 状其尺寸形状如图1。图I蠕变断裂试样尺寸215 CYM)钢管经19万小时的运行后.金相组织 及损伤情况由图2和图3所示。其组织为铁素体 和珠光体珠光体轻度球化约等于2级显示该钢 管经长期运行后材料老化程度并不严重但在钢管 的内壁一出现沿晶渗透的裂纹。图2 15CYVb内壁存在沿晶的裂纹X50()15CriVb钢管原设计为中42 X3.

5、5 min.M直管 段背火面管子壁厚测量结果可知:该过热器管原始 壁厚平均为3.00 mm.而管子向火面实测壁厚为 3.43.55 mm.平均为3.47 mm 管子弯头部位向 火面最小壁厚为3.26 mm。管子的壁厚测量结果列于表1 01(:nini)漁1蜀位首12345平均值向火面直管段3.503.553.403.423.463.47向火面弯头3.263.363.343.403.403.35背火面直管段3.653.663.703.643.663.66背火面弯头3.703.743.784.04. 123.87图3钢管的金相组织X500根据实测结果计算管子的内压折算应力由内 压引起的折算应力：_

6、 尸（D门=2 /式中：戶代表管子所受的内压（M內）D代表管子的内径5血）I代表壁厚（mm）参照测量结果取管子的原始壁厚为管子背火 面壁厚的平均值3. 66 mm.经19万小时的运行后 取管壁的最小壁厚3.40 mm 管子的内压4. 99 MPa代入公式计算得.管子的原始应力为26. 14 M內.管子壁厚减薄后28. 33 MB .其工作应力增加 了 8.4%。经19万小时运行后的管子外壁和氧化皮测量 结果列于表2。2(:nini)涮蜀位書12345平妁值向火面外壁0.040.050. 120.030.040.04向火面内壁0.030.040.080.090. 130.07向火面内壁0.020

7、.030.030.040.030.03背火面外舉0.030.07O.(M0.030.050.Q45管子的氧化皮厚度与Larson - Miller参数之间 的关系见图4,由测量结果知.管子的内壁氧化皮 厚度最大为0.13 mm.由图4査得P值,按公式P =n ci +000 .计算得钢管的壁温为505 高温持久断裂试验的试验条件和试验结果如 表3所示8p=T(CMn>/1000Saoi15 CiM）氧化皮厚度与泰量P的关系6315 CrMo试验温度试验应力断裂时间LMP =(-o(MPa)（小时）T(20 + lgt)4101805109 3104151983529 3574401574

8、119 95045013520410 03745013435910 15046012753510 455460122.520310 26247010023810 517490984M11 10649083.350811 12651073.5172!1 34051068!1 3295156341811 6505205239511 7505304935311 9505404220912 0535503948512 477管子经高温蠕变断裂试验后建立了应力与 LMP参数之间的曲线，见图5。根据上述管壁厚度减薄后实际工作应力及由 氧化皮厚度计算的管子壁温并经上述蠕变断裂曲 线进行剩余寿命预测。过热器管

9、子经19万小时 运行后直管段壁厚减薄后实际应力为28. 33 MRi. 从图5上査得P=12 616,利用P= 7(20 + Igt) 计 算剩余寿命为% 077小时:考虑到椭圆度、管壁减 薄等因素弯头的应力为35 MR1,由图4得图515 CriV佃钢应力与LMP参数的关系度球化.管子外壁腐蚀和内壁氧化皮并不严重管 子运行的当量温度为505 并未超过该钢种的极 限运行温度经上述剩余寿命计算该管的剩余寿 命仍相当长(具体时间见上述计算)。但钢管在内 有沿晶微裂纹.这对寿命是有影响的。口|吴非文首火力发电厂高温金属运行水利电力部高温金 属运行.2朱日彰何业东齐恿滨 若高温腐蚀及耐高温腐仰材料.3

10、关于高温持久强度外推方法及应用冶金部沈阳金属研究 所.4涂善东等高温过穆设备的寿命评价技术进展压力容器. 1996 .No. 2.5 Ron Alian .Rnwr system reliability assessnunt A conceptual and historical review. Reliability Engineering and System Safely 46 (1994)6 R. Viswanathan Life assessment lechmlogy for power plant Anvrican power conference on life assessm

11、ent lechnology for fossil power plant (收槁日期:2001 - 02 - 14)© 1995-2004 Tsingluta Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.2001年第4期(总第120期)s朋腕札© 1995-2004 Tsingluta Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.2001年第4期(总第120期)s朋腕札根据过热器管经19万小时后运行，珠光体轻© 1995-2004 Tsingl

12、uta Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.2001年第4期(总第120期)s朋腕札© 1995-2004 Tsingluta Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.2001年第4期(总第120期)s朋腕札(上接第3页)改造后磨煤机漏粉大为减轻。4假设制粉系统的运行方式不影响汽轮机、发电 机侧的效率及其辅机电耗，只影响锅炉效率和制粉 系统电耗，可以定量评估三台磨运行和四台磨运行 对机组经济性的影响。机组的供电煤耗由下式计算：厂122.84_(1 a)

13、其中G电煤耗日一炉效率刚 管道效率 g 轮发电机组效率 xr 用电率。取管道效率=98%.汽轮发电机组效率取 设计效率.即.= 45.738 %;考核试验测得机组350 MW负荷三台磨运行时用电率x =4.37 % .锅 炉燃煤量为138 l/h;由3. 2.4节三台磨运行锅炉 效率皿= 92.63 %.四台磨运行锅炉效率= 92.87 %;由3.2.6节三台磨运行制粉系统单耗为 23.25 kVh/l.四台磨运行制粉系统单耗为25. 16 kW ；利用供电煤耗的计算公式计算得到:三台磨 运行时供电煤耗 309.79 g/kWh.四台磨运行时 供电煤耗0 = 309.22 g/kWh。由于轮发电机组效 率取设计效率计算煤耗不能反映机组的真实煤 耗但可以断定机组满负荷状态下.四台磨运行和 三台磨运