蔡文河——浅析600℃等级火电机组金属部件应用现状

1、浅析浅析600等级火电机组金属等级火电机组金属部件应用现状部件应用现状华北电科院有限责任公司华北电科院有限责任公司 蔡文河蔡文河1 概概况况2 锅炉锅炉存在的主要问题存在的主要问题3 汽轮机汽轮机存在的主要问题存在的主要问题4 承压管道存在的主要问题承压管道存在的主要问题5 超超临界厚壁件脆性开裂超超临界厚壁件脆性开裂问题问题6 超超临界机组的监督和管理超超临界机组的监督和管理7 结束语结束语1 概况概况1.1 新材料的应用新材料的应用铁素体耐热钢：T23、T24、T/P91、T/P92、P122奥氏体耐热钢：TP347H/HFG、TP304H、Super304H、HR3C汽缸/壳体：12Cr

2、W（Co）和CrMoWVNbN高温螺栓：C422(20Cr12NiMoWV)、GH4145（Ni基合金）、R26（Ni-Cr-Co基合金）转子：12CrMoWVNbN等叶片：9-12%CrWCo等1.2 超超临界机组特点及其带来的新变化超超临界机组特点及其带来的新变化1.2.1 结构方面结构方面 （1）锅炉受热面管径急剧变小，使得异物很容易在内径较小的区域堵塞而造成爆管。 （2）联箱或管子中有节流孔圈使得通径更小、运行温度偏高等，使得它比亚临界及以下参数的锅炉对异物堵塞更为敏感。1 概况概况1 概况概况 （3）高温承压部件的壁厚明显增加，使得部件更易于发生脆性断裂。 （4）异种钢焊接量增多，不

3、同规格的异种钢焊接增多，使焊接工艺以及施工操作等方面都存在一定的难度，也更易发生异种钢焊接接头的早期失效问题。 （5）模块一体化设计，导致维修难度的提高。 （6）装配工艺的优化导致部件之间关联性增加，如自带冠整圈自锁型叶片的应用。 1 概况概况 （7）参数的提高导致大型铸锻件的重量和尺寸增加，使结构趋于复杂化 1 概况概况 （8）EH油管固定支架相连接的管系振动异常，导致管路根部开裂 1 概况概况1.2.2 设计上的变化设计上的变化A335 P91的许用应力值（ASME B31.1-2007）序号温度壁厚小于76mm的许用应力MPa壁厚大于76mm的许用应力MPa1056696.588.911

4、59371.066.21 概况概况1.2.3 工艺方面变化工艺方面变化（1）受热面夹屏管下弯管弯曲半径的偏小，加工、制造工艺等控制不当，引起弯管弯弧处在冷弯后形成开裂；1 概况概况（2）减温器的实际结构与设计不符，缺少对喷水管有限位作用的限位圈或者限位装置不能起到有效作用，导致喷水管反复震荡而发生断裂。此外，减温器的筒体没有检查孔，出现问题难于发现；（3）高温承压部件的壁厚增加，如果材料表面存在开口型缺陷，会在开口末端形成三向拉应力状态，使得部件脆性断裂倾向增大；（4）新型材料热处理制度控制精度要求更加严格，如P91钢的热处理时的回火温度区间一定要严格控制，一旦出现偏差，就会导致P91硬度和金

5、相组织的不合格；1 概况概况（5）奥氏体钢冷弯后会出现形变诱发马氏体相变，导致性能下降，最直接的检查方法是变形的管子出现一定磁性；（6）叶片表面喷丸处理增加疲劳性能，但喷丸效果不好，叶片没有形成压应力，会导致叶片断裂；1 概况概况1.2.4 运行方式的问题运行方式的问题：调峰、低负荷、启停速率、给水加氧1.2.5 制造环节的影响制造环节的影响（1）管子的直道超标，在直道根部出现微裂纹的缺陷 1 概况概况（2）异种钢对口出现的加工问题1 概况概况（3）厚壁钢板在卷制过程中出现断裂（4）高温管道的内外表面的加工直接影响管道的质量1 概况概况 2.1 受热面爆管受热面爆管（1）堵塞爆管）堵塞爆管2

6、锅炉部件及材料存在的主要问题锅炉部件及材料存在的主要问题2 锅炉部件及材料存在的主要问题锅炉部件及材料存在的主要问题2 锅炉部件及材料存在的主要问题锅炉部件及材料存在的主要问题 （2） 冷弯不当导致管子泄露冷弯不当导致管子泄露（3）管子应力腐蚀开裂）管子应力腐蚀开裂 2 锅炉部件及材料存在的主要问题锅炉部件及材料存在的主要问题（4）异种钢焊接爆管）异种钢焊接爆管 总结起来，主要有以下几种：由于奥氏体钢有较高的热裂纹敏感倾向，在焊缝及热影响区易产生热裂纹。不同规格的异种钢焊接时，变截面处的加工不当也会引发开裂，同时在不同规格异种钢对口时，尤其在现场经常存在强行对口的现象，造成较大应力集中，引起开

7、裂。异种钢焊接时，焊接线能量或者焊接热处理工艺选择操作不当时，会在马氏体钢一侧热影响区产生淬硬组织，韧性降低，造成焊接接头开裂。2 锅炉部件及材料存在的主要问题锅炉部件及材料存在的主要问题异种钢接头高温时效后会发生脆化问题，有研究表明T92/HR3C的接头在6501000多小时时效后，冲击功由125J/cm2降至31J/cm2。T92的异种钢接头在T92侧熔合线的HAZ区域会形成铁素体，有研究表明在运行后铁素体会发生合并长大现象，这种现象会对接头的冲击功和高温蠕变性能产生不利的影响，影响深度还有待进一步研究。2 锅炉部件及材料存在的主要问题锅炉部件及材料存在的主要问题2.2 材料的常见问题材料

8、的常见问题（1）T23问题问题 最高壁温、再热裂纹、焊接等2 锅炉部件及材料存在的主要问题锅炉部件及材料存在的主要问题（2）材料的）材料的检验检验问题问题 T/P91、T/P 92钢管原始回火马氏体组织细小，晶界和晶粒沉淀相尺寸很小，一般小于1m，光学显微镜下不易观察到沉淀相的变化。（3）奥氏体钢）奥氏体钢抗蒸汽氧化性能抗蒸汽氧化性能达不到设计要达不到设计要求求（4）钢管国产化组织不均匀问题）钢管国产化组织不均匀问题2 锅炉部件及材料存在的主要问题锅炉部件及材料存在的主要问题2.3 减温器失效问题减温器失效问题某电厂1000MW机组超超临界锅炉 2 锅炉部件及材料存在的主要问题锅炉部件及材料存

9、在的主要问题3.1 叶片断裂叶片断裂 某厂CLNZK660-24.2/566/566型超临界、一次中间再热、单轴、直接空冷凝汽式汽轮机，运行约2000小时后，其低压转子次末级叶片发生断裂。3 汽轮机存在的主要问题汽轮机存在的主要问题3 汽轮机存在的主要问题汽轮机存在的主要问题3 汽轮机存在的主要问题汽轮机存在的主要问题裂纹 3 汽轮机存在的主要问题汽轮机存在的主要问题3 汽轮机存在的主要问题汽轮机存在的主要问题3.2 高温螺栓应用情况高温螺栓应用情况3 汽轮机存在的主要问题汽轮机存在的主要问题3.3阀杆应用情况阀杆应用情况3 汽轮机存在的主要问题汽轮机存在的主要问题2.4 隔板静叶脱落（1）P

10、91管道（硬度小于180HB、金相组织不合格。） 问题：检验问题、硬度转换、二次热加工 4 承压管道存在承压管道存在的的问题问题4 承压管道存在承压管道存在的的问题问题4 承压管道存在承压管道存在的的问题问题（2）P92管道 P92管道在运行后检修中发现，运行8000-15000小时后焊缝出现了开裂现象，这些管道在基建安装的无损检查中都是没有超标缺陷的，运行后相继出现了裂纹。其开裂机理和P92是否对裂纹开展的敏感性问题还有待进一步研究。4 承压管道存在承压管道存在的的问题问题4 承压管道存在承压管道存在的的问题问题（3）阀门常见问题阀门常见问题 材质为F91、F92的阀门焊接质量进行检验4 承

11、压管道存在承压管道存在的的问题问题5 超超临界厚壁件脆性开裂超超临界厚壁件脆性开裂问题问题5 超超临界厚壁件脆性开裂超超临界厚壁件脆性开裂问题问题 从以上3起断裂事故中可知，所断部件均为厚壁，断口表面平直，扩展人字纹清晰，最后断裂撕裂面积极小，断裂方式均为瞬时失稳扩展的脆性断裂。就3个部件的脆性断裂形式而言，均发生在材料表面缺陷处，尽管3个缺陷的形式不一，但都是发生在厚壁部件上，它们对微裂纹的敏感性都很大。5 超超临界厚壁件脆性开裂超超临界厚壁件脆性开裂问题问题6 超超临界机组的监督和管理超超临界机组的监督和管理 运行经验缺乏运行经验缺乏 目前对这些新型材料运行经验较少，难以掌握其长期运行后的性能变化。 制造分包给质量控制带来的影响制造分包给质量控制带来的影响 在建超超临界机组较多，制造厂扩散制造部