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1、浅析600等级火电机组金属部件应用现状,华北电科院有限责任公司 蔡文河,1 概况 2 锅炉存在的主要问题 3 汽轮机存在的主要问题 4 承压管道存在的主要问题 5 超超临界厚壁件脆性开裂问题 6 超超临界机组的监督和管理 7 结束语,1 概况,1.1 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：12CrW（Co）和CrMoWVNbN 高温螺栓：C422(20Cr12NiMoWV)、GH4145（Ni基合金）、R26（Ni-Cr-Co基合金） 转子：12CrMoWVNbN
2、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 1.2.1 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,1 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
3、带冠整圈自锁型叶片的应用。,1 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,（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,1.2.2 设计上的变化 A335 P91的许用应力值（ASME B31.1-2007）,1 概况,1.2.3 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,（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
4、）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硬度和金相组织的不合格；,1 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,1.2.4 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 （1）管子的直道超标，在直道根部
5、出现微裂纹的缺陷,1 概况,（2）异种钢对口出现的加工问题,1 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,2.1 受热面爆管 （1）堵塞爆管,2 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,2 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,（3）管子应力腐蚀开裂,2 锅炉部件及材料存在的主要问题,（4）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
6、现场经常存在强行对口的现象，造成较大应力集中，引起开裂。 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,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,2.2 材料的常见
7、问题 （1）T23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,（2）材料的检验问题 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）奥氏体钢抗蒸汽氧化性能达不到设计要求 （4）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,2.3 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,3.1 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
8、发生断裂。,3 汽轮机存在的主要问题,3 汽轮机存在的主要问题,3 汽轮机存在的主要问题,3 汽轮机存在的主要问题,3 汽轮机存在的主要问题,3.2 高温螺栓应用情况,3 汽轮机存在的主要问题,3.3阀杆应用情况,3 汽轮机存在的主要问题,2.4 隔板静叶脱落,（1）P91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 承压管道存在的问题,4 承压管道存在的问题,4 承压管道存在的问题,（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。
9、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 承压管道存在的问题,4 承压管道存在的问题,（3）阀门常见问题 材质为F91、F92的阀门焊接质量进行检验,4 承压管道存在的问题,5 超超临界厚壁件脆性开裂问题,5 超超临界厚壁件脆性开裂问题,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问题,6 超超临界机组的监督和管理,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 在建超超临界机组较多，制造厂扩散制造部件很广泛，质量难于保证。 检验不到位 由于检验量增加，检验不到位等因素的影响，金属设备失效事故增多，且新生事故也是以往少见的。 技术跟进缓慢,7 结束语,1、性能 设计、制造、加工、安装、配合、公差 2、管理 管理机制、管理平台，实施的偏离控制 3、研究 基于失效模式 4、缺陷管理 对缺陷的认识 5、评估 对于问题部件的监督,谢 谢,
