锅炉高温过热器剩余寿命的评估

Ｃｌａｓｓｉｆｌｅｄ Ｉｎｄｅｘ：ＴＫ２２３．３ Ｕ．Ｄ．Ｃ：６２１．１
Ｔｈｅｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｍａｓｔｅｒ Ｄｅｇｒｅｅ
Ｒｅｍａｉｎｉｎｇ Ｌｉｆｅ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
Ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ ｏｆ Ｂｏｉｌｅｒ
Ｃａｎｄｉｄａｔｅ：
Ｚｈｏｎｇ Ｙａｎｂｏ
ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｕｎｉｔ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｈａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ
Ｔｉｅｌｉｎｇ ｐｏｗｅｒ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ．Ｔｌｌｉｓ
ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ
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ｐａｐｅｒ ｔａｋｅｓ
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Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｌｉｆｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ
ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｗｉｔｈ Ｌａｒｓｏｎ．Ｍｉｌｌｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ
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华北电力大学硕士学位论文
４．３本章小结………………………………………………．．３７ 第５章过热器寿命损耗的评估……………………………………３８ ５．１寿命损耗的评估方法介绍……………………………………３８ ５．２ ＬＡＲＳＯＮ．ＭＩＬＬＥＲ参数法……………………………………．．３９ ５．３ ｏ参数法………………………………………………．．４０ ５．４过热器寿命损耗评估方法的选择………………………………４ｌ ５．５ ＬＡＲＳＯＮ．ＭＩＬＬＥＲ法对高温过热器剩余寿命评价……………………４ｌ ５．６本章小结…．……………………………………………．４３ 第６章结论及展望……………………………………………．４４ ６．１结论……………………………………………………４４ ６．２展望……………………………………………………４４ 参考文献……………………………………………………．４６ 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果……………………………４９ 致谢………………………………………………………５０ 作者简介……………………………………………………．５１
国内图书分类号：ＴＫ２２３．３ 国际图书分类号ｇ ６２１．１
学校代码：１００７９ 密级：公开
专业硕士学位论文
锅炉高温过热器剩余寿命的评估
硕士研究生： 钟艳博 导 师： 安江英教授
企业导师： 姚沛明 申请学位： 工程硕士 专业领域： 动力工程 培养方式： 在职 所在学院： 能源动力与机械工程学院
答辩日期： ２０１２年３月 授予学位单位： 华北电力大学
作者签名：
日期：纠钞年歹月／口日
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《锅炉高温过热器剩余寿命的评估》系本人在华北电力大学攻读硕士学位期间
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Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ ｂｏｉｌｅｒ ｓｕｐｅｒｂｅａｔｅｒ ｔｕｂｅ ｏｆ ｂｏｉｌｅｒ ｈｅａｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ ｔｕｂｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｏｉｌｅｒ ｓａｆｅｔｙ，ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ，ｔｈｅ ｓａｆｅ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ
ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ
ｉｔｓ ｌｉｆｅ ｓｐａｎ．Ｉｎ ｄｅｐｔｈ
ｏｂｊｅｃｔ，ｕｓｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｂｏｉｌｅｒ ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅ百度文库 ｔｕｂｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
ｏｕｔ
ａｎｄ
ｒｅｌｅｖａｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ．ｐｏｉｎｔｅｄ
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摘要
电站锅炉过热器管是锅炉内部主要受热面结构件，过热器管的失效是影响 锅炉安全、经济运行的主要因素之一，其安全稳定运行与否直接关系到整个电 厂的安危。因此，对过热器管的剩余寿命进行评估，了解其运行状态，对于保 证锅炉设备的安全，提高机组可靠性有着重要的意义。本文以铁岭发电厂 １０２１Ｔ／Ｈ锅炉高温过热器为对象，采用参数外推法对其进行寿命评估。深入分 析了锅炉过热器管的失效机理和相关影响因素，指出影响过热器管寿命损耗的 主要因素是金属的高温蠕变作用。由于过热器管的真实使用温度是预测其寿命 的关键，因此，本文分析了几种评估管壁当量运行温度的方法，结合工程实际 中的检测结果，选用测量内壁氧化层厚度法对选取管段的管壁当量运行温度进 行分析和计算。对运行中的过热器部件进行了多项宏观检查及割管实验，以大 量的实验数据为基础，利用Ｌａｒｓｏｎ．Ｍｉｌｌｅｒ参数法进行计算，从而得出各管段的 剩余使用寿命。通过对比实验分析与寿命计算的结果得出，用内壁氧化皮厚度 测量技术结合Ｌａｒｓｏｎ．Ｍｉｌｌｅｒ参数法评估过热器管剩余寿命是可行和可靠的。本 文最后综合检验及寿命计算结果，对高温过热器的运行状态进行了综合评估， 并对检修工作提出相应的建议。 关键词：电站锅炉；高温过热器；管壁当量温度；寿命评估
ｔｏ
１ｉｆｅ
ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ ｔｕｂｅ ｒｅｍａｉｎｉｎｇ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｉｔｓ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓｔａｔｅ．ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｂｏｉｌｅｒ
Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ： Ｓｃｈｏｏｌ：
Ｐｒｏｆ．ＡｎＪｉａｎｇｙｉｎｇ
Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｄａｔｅ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｃｅ：
Ｍａｒｃｈ，２０１２
Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ
Ｄｅｇｒｅｅ－・Ｃｏｎｆｅｒｒｉｎｇ－－Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ：
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
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华北电力大学硕士学位论文原创・ｌ生声明
本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《 估
锅炉高温过热器剩余寿命的评
》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究工
作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过 的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。
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ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｉｐｅ ｃｕｔｔｉｎｇ
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ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．ｔｈｕｓ ｔｈｅ ｐｉｐｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ．
ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｓｉｄｅ ｏｘｉｄｅ ｌａｙｅｒ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｐｅ ｗａｌｌ ｏｆ
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ｐｉｐｅ ｓｅｃｔｉｏｎ
ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ ｐａｒｔｓ ｆｏｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｏ
ｓｅｖｅｒａｌ
ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ １ｉｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ．ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ
ａｎａｌｙｚｅｓ
ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｔｕｂｅ ｗａｌｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｏｎ
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ｔｈｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ ｔｕｂｅ ｒｅｍａｉｎｉｎｇ ｌｉｆｅ ｉｓ
ｆｅａｓｉｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ， ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ，ｔｈｅ
ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｉｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ
ｒｕｎｎｉｎｇ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ
Ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ，Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ Ｔｕｂｅ
Ｗａｌｌ，Ｌｉｆｅ
Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ
华北电力大学硕士学位论文
目
录
摘要………………………………………………………．Ｉ ＡＢＳＴＲＡＣＴ……………………………………………………．ＩＩ 第１章绪论…………………………………………………．１ １．１课题背景及研究的目的和意义…………………………………１ １．２国内外研究动态……………………………………………１ １．３本文的主要工作……………………………………………３ 第２章锅炉高温过热器寿命损耗机理………………………………．４ ２．１过热器的工作环境…………………………………………．４ ２．２过热器管失效方式…………………………………………．５ ２．３高温过热器寿命损耗机理……………………………………．６ ２．３．１影响过热器管寿命损耗的因素……………………………．．６ ２．３．２金属材料的蠕变损伤……………………………………．７ ２．３．３金属材料的老化………………………………………．．９ ２．３．４金属材料的腐蚀和磨损…………………………………．１１ ２．４本章小结………………………………………………．．１１ 第３章锅炉高温过热器的状态检验………………………………．．１２ ３．１高温过热器与机组运行概况…………………………………．１２ ３．２现场检验………………………………………………．．１３ ３．２．１宏观检验…………．…………………………………１３ ３．２．２壁厚与内壁氧化皮厚度测量………………………………１５ ３．３实验分析………………………………………………．．１６ ３．３．１试样选取……………………………………………．１６ ３．３．２化学成分分析…………………………………………１８ ３．３．３碳化物相成分分析……………………………………．．１９ ３．３．４金相组织分析…………………………………………２０ ３．３．５机械性能试验…………………………………………２４ ３．４本章小结………………………………………………．．２５ 第４章过热器管壁温度和应力的计算………………………………２６ ４．１过热器管壁温度的计算……………………………………．．２６ ４．１．１温度对钢材寿命的影响…………………………………．２６ ４．１．２过热器管壁温度的计算方法………………………………２８ ４．１．３管壁当量温度计算结果…………………………………．３２ ４．２过热器管壁应力的计算……………………………………．．３４ ４．２．１应力对钢材寿命的影响………………………………．…３４ ４．２．２过热器管壁应力分析……………………………………３４ ４．２．３过热器管壁等效应力的计算………．……………………．．３５
ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｆ．ｆｅｃｔ ｏｆ ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ ｔｕｂｅ ｌｉｆｅ ｌｏｓｓ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｈｉｇｈ
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ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｒｅｅｐ．Ａｓ
ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ
ｒｅｓｕｌｔ
ｏｆ
ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ ｔｕｂｅｓ
ｕｓｉｎｇ ｒｅａｌ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ
ｈｉ曲．ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ａｎｄ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｆｏｒ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ＷＯｒｋ． ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｏｗｅｒ
Ｓｔａｔｉｏｎ
Ｂｏｉｌｅｒ，Ｈｉｇｈ
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ