蔡文河——淺析600℃等級火電機組金屬部件應用現(xiàn)狀

1、淺析淺析600等級火電機組金屬等級火電機組金屬部件應用現(xiàn)狀部件應用現(xiàn)狀華北電科院有限責任公司華北電科院有限責任公司 蔡文河蔡文河1 概概況況2 鍋爐鍋爐存在的主要問題存在的主要問題3 汽輪機汽輪機存在的主要問題存在的主要問題4 承壓管道存在的主要問題承壓管道存在的主要問題5 超超臨界厚壁件脆性開裂超超臨界厚壁件脆性開裂問題問題6 超超臨界機組的監(jiān)督和管理超超臨界機組的監(jiān)督和管理7 結束語結束語1 概況概況1.1 新材料的應用新材料的應用鐵素體耐熱鋼：T23、T24、T/P91、T/P92、P122奧氏體耐熱鋼：TP347H/HFG、TP304H、Super304H、HR3C汽缸/殼體：12Cr

2、W（Co）和CrMoWVNbN高溫螺栓：C422(20Cr12NiMoWV)、GH4145（Ni基合金）、R26（Ni-Cr-Co基合金）轉子：12CrMoWVNbN等葉片：9-12%CrWCo等1.2 超超臨界機組特點及其帶來的新變化超超臨界機組特點及其帶來的新變化1.2.1 結構方面結構方面 （1）鍋爐受熱面管徑急劇變小，使得異物很容易在內徑較小的區(qū)域堵塞而造成爆管。 （2）聯(lián)箱或管子中有節(jié)流孔圈使得通徑更小、運行溫度偏高等，使得它比亞臨界及以下參數(shù)的鍋爐對異物堵塞更為敏感。1 概況概況1 概況概況 （3）高溫承壓部件的壁厚明顯增加，使得部件更易于發(fā)生脆性斷裂。 （4）異種鋼焊接量增多，不

3、同規(guī)格的異種鋼焊接增多，使焊接工藝以及施工操作等方面都存在一定的難度，也更易發(fā)生異種鋼焊接接頭的早期失效問題。 （5）模塊一體化設計，導致維修難度的提高。 （6）裝配工藝的優(yōu)化導致部件之間關聯(lián)性增加，如自帶冠整圈自鎖型葉片的應用。 1 概況概況 （7）參數(shù)的提高導致大型鑄鍛件的重量和尺寸增加，使結構趨于復雜化 1 概況概況 （8）EH油管固定支架相連接的管系振動異常，導致管路根部開裂 1 概況概況1.2.2 設計上的變化設計上的變化A335 P91的許用應力值（ASME B31.1-2007）序號溫度壁厚小于76mm的許用應力MPa壁厚大于76mm的許用應力MPa1056696.588.911

4、59371.066.21 概況概況1.2.3 工藝方面變化工藝方面變化（1）受熱面夾屏管下彎管彎曲半徑的偏小，加工、制造工藝等控制不當，引起彎管彎弧處在冷彎后形成開裂；1 概況概況（2）減溫器的實際結構與設計不符，缺少對噴水管有限位作用的限位圈或者限位裝置不能起到有效作用，導致噴水管反復震蕩而發(fā)生斷裂。此外，減溫器的筒體沒有檢查孔，出現(xiàn)問題難于發(fā)現(xiàn)；（3）高溫承壓部件的壁厚增加，如果材料表面存在開口型缺陷，會在開口末端形成三向拉應力狀態(tài)，使得部件脆性斷裂傾向增大；（4）新型材料熱處理制度控制精度要求更加嚴格，如P91鋼的熱處理時的回火溫度區(qū)間一定要嚴格控制，一旦出現(xiàn)偏差，就會導致P91硬度和金

5、相組織的不合格；1 概況概況（5）奧氏體鋼冷彎后會出現(xiàn)形變誘發(fā)馬氏體相變，導致性能下降，最直接的檢查方法是變形的管子出現(xiàn)一定磁性；（6）葉片表面噴丸處理增加疲勞性能，但噴丸效果不好，葉片沒有形成壓應力，會導致葉片斷裂；1 概況概況1.2.4 運行方式的問題運行方式的問題：調峰、低負荷、啟停速率、給水加氧1.2.5 制造環(huán)節(jié)的影響制造環(huán)節(jié)的影響（1）管子的直道超標，在直道根部出現(xiàn)微裂紋的缺陷 1 概況概況（2）異種鋼對口出現(xiàn)的加工問題1 概況概況（3）厚壁鋼板在卷制過程中出現(xiàn)斷裂（4）高溫管道的內外表面的加工直接影響管道的質量1 概況概況 2.1 受熱面爆管受熱面爆管（1）堵塞爆管）堵塞爆管2

6、鍋爐部件及材料存在的主要問題鍋爐部件及材料存在的主要問題2 鍋爐部件及材料存在的主要問題鍋爐部件及材料存在的主要問題2 鍋爐部件及材料存在的主要問題鍋爐部件及材料存在的主要問題 （2） 冷彎不當導致管子泄露冷彎不當導致管子泄露（3）管子應力腐蝕開裂）管子應力腐蝕開裂 2 鍋爐部件及材料存在的主要問題鍋爐部件及材料存在的主要問題（4）異種鋼焊接爆管）異種鋼焊接爆管 總結起來，主要有以下幾種：由于奧氏體鋼有較高的熱裂紋敏感傾向，在焊縫及熱影響區(qū)易產生熱裂紋。不同規(guī)格的異種鋼焊接時，變截面處的加工不當也會引發(fā)開裂，同時在不同規(guī)格異種鋼對口時，尤其在現(xiàn)場經常存在強行對口的現(xiàn)象，造成較大應力集中，引起開

7、裂。異種鋼焊接時，焊接線能量或者焊接熱處理工藝選擇操作不當時，會在馬氏體鋼一側熱影響區(qū)產生淬硬組織，韌性降低，造成焊接接頭開裂。2 鍋爐部件及材料存在的主要問題鍋爐部件及材料存在的主要問題異種鋼接頭高溫時效后會發(fā)生脆化問題，有研究表明T92/HR3C的接頭在6501000多小時時效后，沖擊功由125J/cm2降至31J/cm2。T92的異種鋼接頭在T92側熔合線的HAZ區(qū)域會形成鐵素體，有研究表明在運行后鐵素體會發(fā)生合并長大現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會對接頭的沖擊功和高溫蠕變性能產生不利的影響，影響深度還有待進一步研究。2 鍋爐部件及材料存在的主要問題鍋爐部件及材料存在的主要問題2.2 材料的常見問題材料

8、的常見問題（1）T23問題問題 最高壁溫、再熱裂紋、焊接等2 鍋爐部件及材料存在的主要問題鍋爐部件及材料存在的主要問題（2）材料的）材料的檢驗檢驗問題問題 T/P91、T/P 92鋼管原始回火馬氏體組織細小，晶界和晶粒沉淀相尺寸很小，一般小于1m，光學顯微鏡下不易觀察到沉淀相的變化。（3）奧氏體鋼）奧氏體鋼抗蒸汽氧化性能抗蒸汽氧化性能達不到設計要達不到設計要求求（4）鋼管國產化組織不均勻問題）鋼管國產化組織不均勻問題2 鍋爐部件及材料存在的主要問題鍋爐部件及材料存在的主要問題2.3 減溫器失效問題減溫器失效問題某電廠1000MW機組超超臨界鍋爐 2 鍋爐部件及材料存在的主要問題鍋爐部件及材料存

9、在的主要問題3.1 葉片斷裂葉片斷裂 某廠CLNZK660-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、單軸、直接空冷凝汽式汽輪機，運行約2000小時后，其低壓轉子次末級葉片發(fā)生斷裂。3 汽輪機存在的主要問題汽輪機存在的主要問題3 汽輪機存在的主要問題汽輪機存在的主要問題3 汽輪機存在的主要問題汽輪機存在的主要問題裂紋 3 汽輪機存在的主要問題汽輪機存在的主要問題3 汽輪機存在的主要問題汽輪機存在的主要問題3.2 高溫螺栓應用情況高溫螺栓應用情況3 汽輪機存在的主要問題汽輪機存在的主要問題3.3閥桿應用情況閥桿應用情況3 汽輪機存在的主要問題汽輪機存在的主要問題2.4 隔板靜葉脫落（1）P

10、91管道（硬度小于180HB、金相組織不合格。） 問題：檢驗問題、硬度轉換、二次熱加工 4 承壓管道存在承壓管道存在的的問題問題4 承壓管道存在承壓管道存在的的問題問題4 承壓管道存在承壓管道存在的的問題問題（2）P92管道 P92管道在運行后檢修中發(fā)現(xiàn)，運行8000-15000小時后焊縫出現(xiàn)了開裂現(xiàn)象，這些管道在基建安裝的無損檢查中都是沒有超標缺陷的，運行后相繼出現(xiàn)了裂紋。其開裂機理和P92是否對裂紋開展的敏感性問題還有待進一步研究。4 承壓管道存在承壓管道存在的的問題問題4 承壓管道存在承壓管道存在的的問題問題（3）閥門常見問題閥門常見問題 材質為F91、F92的閥門焊接質量進行檢驗4 承

11、壓管道存在承壓管道存在的的問題問題5 超超臨界厚壁件脆性開裂超超臨界厚壁件脆性開裂問題問題5 超超臨界厚壁件脆性開裂超超臨界厚壁件脆性開裂問題問題 從以上3起斷裂事故中可知，所斷部件均為厚壁，斷口表面平直，擴展人字紋清晰，最后斷裂撕裂面積極小，斷裂方式均為瞬時失穩(wěn)擴展的脆性斷裂。就3個部件的脆性斷裂形式而言，均發(fā)生在材料表面缺陷處，盡管3個缺陷的形式不一，但都是發(fā)生在厚壁部件上，它們對微裂紋的敏感性都很大。5 超超臨界厚壁件脆性開裂超超臨界厚壁件脆性開裂問題問題6 超超臨界機組的監(jiān)督和管理超超臨界機組的監(jiān)督和管理 運行經驗缺乏運行經驗缺乏 目前對這些新型材料運行經驗較少，難以掌握其長期運行后的性能變化。 制造分包給質量控制帶來的影響制造分包給質量控制帶來的影響 在建超超臨界機組較多，制造廠擴散制造部