电厂锅炉过热器管失效分析及残余寿命预测

2003年3月第21卷第1期

长沙铁道学院学报

JOURNAL OF CHANGSHA RAILWAY UNIVERSITY

No1

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Mar.2003文章编号：1000-2499（2003）01-0108-05

电厂锅炉过热器管失效分析及残余寿命预测

贺株莉"

（长沙电力学院，湖南长沙410077）

摘要：对运行后的管材进行金相分析、蠕变孔洞观察及评级、高温持久实验等.采用综合分析法对其寿命进行预测.

关键词：锅炉管；后屏过热器；蠕变损伤；珠光体球化

中图分类号：TK223.13；TG146.2文献标识码：A

Anaiysis on Invaiidation of Overheater Pipes in Power

Piants and Prediction of Their Life Expectancy

HE Zhu-ii

（Changsha University of Eiectric Power，Changsha410075，China）

Abstract：Based on the metaiiographicai anaiysis，observation，grading creeping hoies as weii as the exper-iment with the high-temperature creeprupture，this paper predicts the iife expectancy of the overheater pipes after prehensive anaiysis is adopted here.

Keywords：boiier pipe；rear screen overheater；creeping damage；spheroidization of pear iife 电厂锅炉过热器是火力发电厂中的高温承压部件，它能否安全工作对整个机组的安全运行有着十分重要的意义，因此，对其进行寿命预测，使其超期安全运行，经济效益十分可观.作者从材料学方面对平圩发电厂2号炉后屏过热器进行寿命分析，采用综合分析法对其寿命进行预测.对运行后管材进行金相分析、蠕变孔洞观察及评级、高温持久实验等.根据实验数据及分析结果，结合壁温的结果，判断在影响材料寿命的诸因素（蠕变、球化、碳化物形成、材料的氧化腐蚀等）中，哪一个是主要因素，从而对其寿命作出比较科学全面的评判.

1试验条件

为了对后屏过热器的管壁进行实时监控，现场布置了几十个壁温测点，测量结果表明，左侧后屏过热器壁温高于右侧.本次从左侧后屏中共取6根管子，材料为12CriMoV，规格为!60 mm X11mm.已运行43510.74h，试验设备为4x1金相显微镜和HITACHIx-650型扫描电镜.

"收稿日期：2002-12-30

作者简介：贺株莉（1963-），女，湖南株洲人，长沙电力学院工程师.

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试验结果及分析计算

!."

常温力学性能试验

各试样的常温力学性能实验结果见表l.

表"

常温力学性能实验

试样编号!S /Mpa !b /Mpa "5/%#/%

l #

（2-2）345470l8602#（6-2）32845929523#

（l0-2）2703753l 584#（4-7）29844828575#

（8-7）34l

462

2l

49

!.!球化分析结果

2.2.l 球化级别鉴定

为对各管材的珠光体球化做比较准确的鉴定，对每个试样显微组织进行了观察，同时参考电科院5级球化标准给出的l2crlMOV 钢球化级别同其抗拉强度!b 的对应值.

6根管子的球化分析结果见表2.

表!

管材的金相组织及球化级别鉴定

试样号l #（2-2）2#（6-2）3#（l0-2）4#（4-7）5#（8-7）原材料组织特征

见图l 见图2见图3见图4见图5见图6!b /Mpa 470459375448462552珠光体球化级别

4

4

5

4~5

4~5

——

—

图l >500图2>500图3>

500

图4>500图5>500图6>500

9

0l 第l 期贺株莉：电厂锅炉过热器管失效分析及残余寿命预测

2.2.2由球化确定的壁温

由扩散控制理论可知球化时间I与使用温度T之间有如下关系式［1］：

In I=In A+B/T

式中：A、B均为材料系数.

对于12Cr1MOV钢达4级和5级球化时间I（4）和I（5）与温度的关系［2］：

4级球化：T=33500/［In I（4）+29.4332］-273（其中：e-29.4332；B=33500）4~5级球化：T=33500/（In I+28.0478）-273（其中：A=e-28.0478；B=33500）5级球化：T=33500/［In I（5）+26.9492］-273（其中：A=e-26.9492；B=33500）其中：I（4）和I（5）为取样前的累积运行时间，即：I（4）=I（5）=43510.741.计算各管壁温度如表3所示.

由表3可见，由于现场壁温测点均布置在炉外，测量出的壁温必然较实际温度低，计算值比测量值分别高出40~80C.但壁温分布的规律与测量值十分接近，由此计算而得的各管段的壁温可以作为其

表!球化确定的各管子的壁温

编号1#2#3#4#5#球化计算壁温/C562.1562.1617.3587.6562.1实测壁温/C512.5508.5539526507热力学计算壁温/C557577613581562

寿命评估依据.3号试样所在管子（10排第2根管）壁温已超过610C，说明该厂2号炉后屏过热器在实际运行过程中出现偏差引起的超温现象是比较严重的.

".!蠕变孔洞观察和评级

对5根管子的蠕变孔洞进行了观察，发现其单个蠕变孔洞都比较明显，其中，10-2号管壁金属的蠕变孔洞已经连成片.根据Neubauer和WedeI提出的划分蠕变孔洞的4级标准［3］，2-2号和8-7号管壁符合其中的A级.6-2和4-7号管壁符合其中的B级，而10-2号管壁金属微观组织中，蠕变孔洞几乎连成片，蠕变损伤已非常严重，符合4级标准中的C级.又根据Neubauer和WedeI提出的蠕变寿命损耗分数I/I r分别等于0.4、0.6、0.8、1.0.因此2-2和8-7号管壁的残余寿命为：

I res=I（I r/I-1）=1.5X I=1.5X43510.74=652661

4-7和6-2号管子的残余寿命为：

I res=I（I r/I-1）=0.667X I=1.667X43510.74=290061

10-2号管子的残余寿命为：

I res=I（I r/I-1）=0.25X I=0.25X43510.74=108771

".#碳化物分析

2.4.1晶内碳化物尺寸的测量与统计

采用HITACHIX-650型扫描电镜对全部6个试样（包括原始管材）分别进行了晶内碳化物颗粒尺寸的测定.碳化物颗粒形貌均按球状处理，结果见表4.

2.4.2根据碳化物尺寸确定的残余寿命

过热器管道在长期使用中，晶内析出的VC、M

02

C等碳化物将主要表现为长大行为，这种现象称为碳化物的粗化.研究表明碳化物的长大与使用温度和时间有关，其规律为：

dI3-do3=KI

011长沙铁道学院学报2003年