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1、 2008.10 中国 南京 清洁高效燃煤发电技术协作网 2008 年会 1 October 2008 2008 Annual Meeting of Clean & Effcient Coal Nanjing, China Power Generation Technology Network 超超临界机组新型不锈钢运行 9000h 后氧化物检测及分析 高鹏里，刘鸿国 华能玉环电厂 浙江玉环 317604 Test and Analysis on Oxide of the USC Set New Type Stainless Steel for Having Been Operated for
2、 9000h GAO Peng-li, LIU Hong-guo Huaneng Yuhuan Power Plant, Yuhuan Zhejiang, 317604 摘 要：介绍了国内首座超超临界百万机组过热器 3 过、4 过采用的 Sup304H、Hr3C 等新型奥氏体不锈钢材料。及机组 运行 9000H 小时后，采用西安院自行研发的氧化皮检测仪和对#2#炉过热器、再热器 SUP304H、HR3C，管壁内部氧化物 进行检测，数据表明少量部位局部堆积磁性物质，采用 RT 检测方法复核并直观显示规其堆积形态。通过 SEM 微观形貌 分析及 EDS 分析发现，该物质应为施工或检修过程中遗留下来
3、的小铁屑、锈化物等的氧化混合产物。实验结果表明：管 子内部基本没有材料运行过程产生的氧化物沉积，该材料抗蒸汽氧化性能较好。 关键词：新型不锈钢；无损检测；氧化物 Abstract: Introducing the new type Austenitic stainless steal material such as SUP304H and HR3C etc. used on the first 1000MW USU An inspection had been done to the oxide on the wall inside the type Austenitic stainless
4、 steal tubes for the third and forth SH of Boiler two, Yuhuan Power Plant by special instrument manufactured in TPRI. The inspection indicated that the oxide deposited on very few small areas. Further inspections and analyses indicated that the oxide was a mixture of little metal particles and metal
5、 oxide occurred during installation and maintainence. So the new type Austenitic stainless steal material has good properties in steam-oxidation resistance. Key words: New Type Stainless Steal, NDT, Oxide 1 前言 华能玉环电厂工程规划装机容量 4 台国产 1000MW 超 超临界燃煤汽轮发电机组，一期二期工程连续建设，#1、#2 机组于 06 年底，#3、#4 机组于 07 年底分别投入商业
6、运行， 2007 年 11 月份全部建成， 实现了 1 年内连续投产 4 台百万 机组的先进业绩。 锅炉由哈尔滨锅炉厂引进日本三菱重工业 株式会社技术制造的超超临界变压垂直管圈直流炉， 采用单 炉膛、低 NOX PM 主燃烧器和 MACT 燃烧技术、反向双切 园燃烧方式，一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、 全钢构架、全悬吊结构 型锅炉。锅炉容量和主要参数： 型号为 HG-2953/27.46-YM1，最大连续蒸发量（B-MCR） 2950t/h。出口蒸汽参数 27.56MPa(a)/605/603。在此蒸汽温 度下， 高温过热器和再热器管的最高壁温可达到640-650， 炉内高温过热器和
7、再热器钢管的金属温度可以达到 700 以上， 此时除了要求钢管的材料能够满足抗氧化性能外， 还 要求在无水环境下薄壁钢管具有良好的高温蠕变断裂强度、 内壁抗蒸汽腐蚀、外壁（向火侧）抗熔盐/熔渣腐蚀等性能。 本锅炉的三级过热器 （屏式过热器） 和四级过热器的蛇形管 （炉内部分）均由具备热强性高、抗蒸汽氧化和烟侧高温腐 蚀能力强的 SUP304H（ASME Code Case 2328）和 HR3C （ASME Code Case 2115）等新型高铬奥氏体钢组成，前者 为含铜达 3%的细晶粒奥氏体钢，即 18Cr10Ni3Cu，后者为 含铬达 25%含镍达 20%并含有少量铌的高铬奥氏体钢，即
8、25Cr20NiNb。在二级过热器采用 TP347H。下表 1 为上述 3 种钢材的化学成分表。虽然根据有关的资料介绍， SUP304H、HR3C 等新材料，相对 18Cr-8Ni 等来说，在热 强性高、 抗蒸汽氧化和烟侧高温腐蚀方面有明显的提高， 但 是国内没有相应的应用业绩，所以在实际运用中检测其性 能，掌握第一手的资料，显得相当迫切。玉环电厂#2 机组 2008.10 2 清洁高效燃煤发电技术协作网 2008 年会 中国 南京 2008 Annual Meeting of Clean & Effcient Coal October 2008 Power Generation Techno
9、logy Network Nanjing, China 168 以后连续运行 282 天（合计 9032 小时） ，根据计表 1 化 学成分表划进行 B 级检修，利用这难得的机会，采用无损 检测的方法对对新型不锈钢 SUP304H、HR3C 抗蒸汽氧化 性能进行检验。 2 测试方法与内容 2.1 测试方法 检测委托西安热工院进行，检测仪是由其自主研发的 奥氏体不锈钢管内部氧化物无损检测仪。 该仪器所给出的检 测信号来源有三种：附着在不锈钢管内壁和外壁上的氧化 物； 剥落后沉积在管内部的氧化物； 不锈钢自身微观组织发 生变化而产生的磁性信号。 检测信号的强度与钢管内部氧化 物的数量及分布状态有关
10、， 同时还与管子的规格尺寸 （管壁 厚度）有关。管子内部氧化物数量越多，其输出信号越大； 而在相同的氧化物数量及分布状态下， 输出信号随着管子的 壁厚的减小而增大。 如果管子内存在着堆积的氧化物， 通过 检测信号强度以及该信号强度随着探头位置的变化， 可确定 管子内部氧化物的空间分布情况、从而进行评级。 为了比较全面地反映锅炉中不锈钢管的安全状态，本 次我们采用五点法对不锈钢管进行检测，即立管、弯头部 位外弧面、内弧面、侧面、水平段（见图 1） ，不仅对不锈 钢管内部剥落的氧化物易于堆积的弯头部位外弧面部位 及管底水平段进行了检测，也对靠近弯头部位外弧面部位 的立管进行了检测，检测附着在管壁上
11、的氧化物状况、以 及管子材质是否存在着变化，并给出了检测当量。 图 1 五点法检测氧化物 牌号 TP347H Super304H （HR3C） 公称成分 18Cr-10Ni-Cb18Cr-9Ni-3Cu-Cb-N20Cr-20Ni-Cb-N 材料标准 SA213 SA213-CASE2328 SA213-CASE2115-1 C 0.04-0.10 0.07-0.13 0.04-0.10 Si 0.75 0.30 0.75 Mn 2.00 0.50 2.00 P 0.04 0.045 0.03 S 0.030 0.030 0.030 Cr 17.0-20.0 17.0-19.0 24.0-26
12、.0 Ni 9.0-13.00 7.5-10.50 17.0-23.0 Nb 0.2-0.6 0.2-0.6 0.20-0.60 Ta+Nb 8C-1.0% Cu 2.5-3.5 续表 牌号 TP347H Super304H （HR3C） Al 0.003-0.03 N 0.05-0.12 B 0.001-0.01 2.2 测试内容 本次检测对象是：抽查 2 级高温过热器、3 级高温过 热器、 4 级高温过热器及 2 级高温再热器温度较高的管屏。 在炉膛的炉侧 0、1/4、1/2、3/4 等典型、代表性位置抽取 检验，采集基础数据，数量在 504 个左右，占样本比例约 5%。图 25 是过热器
13、、再热器管屏结构及材质示意图。 图 2 二级过热器管屏 图 3 三级过热器管屏 2008.10 中国 南京 清洁高效燃煤发电技术协作网 2008 年会 3 October 2008 2008 Annual Meeting of Clean & Effcient Coal Nanjing, China Power Generation Technology Network 图 4 四级过热器管屏 图 5 二级再热器管屏 3 检测结果及讨论 3.1 氧化物无损检测情况 本次检测除了在二再出口段 59-3、59-9、60-3、60-9 等管子 4 处轻微氧化物堆积，长度大约 50mm，重量不超 过
14、10 克，平铺在管子底部，如图 6 所示，该 4 根管垂直 部分均 SUP304+HR3C；其他管件均未发现氧化物堆积。 为了验证上述检测的结果，对堆积部件进行了射线拍片复 核，如图 7、8 确认了堆积情况，说明该检测结果是可靠、 可信的。 图 6 2 再出口管堆积示意图 图 7 2 再 59-9 管拍片示意图 图 8 2 再 60-9 管拍片示意图 3.2 氧化物能谱分析 为了区分这些细条状物质是再热器在运行氧化物还 是施工或检修过程的遗留物，割管取出上述细条的粉状 物，做进一步的能谱分析， （4 个样品分析结果相似，下面 以其中 59-9 为例） 2008.10 4 清洁高效燃煤发电技术协
15、作网 2008 年会 中国 南京 2008 Annual Meeting of Clean & Effcient Coal October 2008 Power Generation Technology Network Nanjing, China 分析位置 O Si V Cr Mn Fe Mo 谱图 1 31.27 / / 2.34 / 66.19 / 谱图 2 29.75 0.67 / 8.35 0.78 58.21 1.36 谱图 3 30.12 0.74 0.62 11.23 0.79 54.85 1.05 谱图 4 3.19 / / 7.33 0.32 87.26 0.91 谱图
16、5 / 0.45 0.25 8.28 0.38 88.73 1.33 宏观看该物质色泽暗黑，略带磁性，部分为细条状， 表面已经完全氧化， 取体积较大的条形样进行分析， 折断， 发现该条形铁屑表层为氧化皮，内部为未氧化的金属，在 SEM 下观察断面形貌并对不同部位进行 EDS 分析（结果 见表 2 和图 12），该条形样为： T91 的铁屑（谱图 5），由于铁屑长时间处于高温高 压的水蒸气中，表面已经形成了 9Cr 钢在高温水蒸气下的 典型氧化皮结构，即外层为柱状的 Fe3O4（图 11 中谱图 位置） ， 内层为致密的 FeCr2O4 尖晶石相 （谱图 2、 3）， 靠近氧化皮的基体有一定程度的 Cr 贫化（谱图 4） 。 图 9 2 再 59-9 管取出粉状物 图 10 59-9 样品 SEM 照片 图 11 59-9 样品断面
