羅涇燃機(jī)發(fā)電廠1號機(jī)組余熱鍋爐受熱面管氧化層檢測和當(dāng)量壽命計(jì)算

柏 盛，洪瑋鑫，陸 云

(1.上海電力股份公司羅涇燃機(jī)發(fā)電廠，上海 200942； 2.上海申能奉賢熱電有限公司，上海 201413；3.國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437)

火電機(jī)組受熱面部件長期在高溫、高壓、有介質(zhì)的工況下工作，服役條件極其惡劣。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，受熱面部件材料會發(fā)生蠕變損傷，材料的微觀組織發(fā)生老化，從而導(dǎo)致材料的力學(xué)性能劣化，強(qiáng)度、塑性和韌性下降，脆性增加，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致部件發(fā)生突然破壞[1]。因此開展鍋爐受熱面監(jiān)督檢測技術(shù)和壽命評估技術(shù)研究及應(yīng)用，是保障機(jī)組安全運(yùn)行的一項(xiàng)重要工作，對確保機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的意義。此外，隨著服役時(shí)間的延長，運(yùn)行超過10萬h以上的機(jī)組會逐年增加，這些機(jī)組普遍存在著受熱面管老化和機(jī)組調(diào)峰頻繁啟停等問題，所以對這些老機(jī)組及時(shí)開展鍋爐受熱面監(jiān)督檢測和壽命評估管理工作是保障其安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要措施。

1 機(jī)組介紹

羅涇燃機(jī)發(fā)電廠1號機(jī)組為杭州鍋爐集團(tuán)有限公司制造，型號為Q1246.6/536.9-198.6(53.1)-8.06(0.313)/511.9(181)的余熱鍋爐；最高允許工作壓力為9.62 MPa，高壓蒸汽量為198.6 t·h-1。2013年投入商業(yè)運(yùn)行至今已累計(jì)運(yùn)行2861.9 h，1號機(jī)組投運(yùn)至今已累計(jì)運(yùn)行約15 000 h。額定工況主要參數(shù)具體如下。

(1)高壓過熱器2出口蒸汽壓力 9.62 MPa(g)。

(2)高壓過熱器2出口蒸汽溫度 543 ℃。

(3)高壓過熱器2 管徑：φ38.1 mm×3.81 mm，材料T22合金鋼管；縱向排數(shù)2排，橫向排數(shù)66排，總數(shù)量132根管屏，距離集箱兩端各有500 mm。

(4)高壓過熱器1出口蒸汽壓力 9.62 MPa(g)。

(5)高壓過熱器1出口蒸汽溫度 548/518/454 ℃。

(6)高壓過熱器1 管徑：φ38.1 mm×3.81 mm，材料T22/T11合金鋼管；縱向排數(shù)6排，橫向排數(shù)76排，總數(shù)量456根管屏，距離集箱兩端各有500 mm。

高壓過熱器進(jìn)口集箱尺寸φ273.1 mm×28.58 mm，材料P22合金鋼管；設(shè)計(jì)溫度507 ℃。

高壓過熱器出口集箱1尺寸φ250 mm×21.44 mm，材料P91合金鋼管；設(shè)計(jì)溫度529 ℃。

高壓過熱器出口集箱2尺寸φ200 mm×25.40 mm，材料P91合金鋼管；設(shè)計(jì)溫度541 ℃。

根據(jù)現(xiàn)場具體情況檢測對象為高壓過熱器1和高壓過熱器2，其具體參數(shù)如下：高壓過熱器1進(jìn)口段管子材料為T11鋼，蒸汽壓力為9.62 MPa，規(guī)格為φ38.1 mm×2.667 mm；高壓過熱器2進(jìn)口段管子材料為T22鋼，蒸汽壓力為9.62 MPa，規(guī)格為φ38.1 mm×3.81 mm。

2 工作內(nèi)容

1號鍋爐正式投運(yùn)至今已運(yùn)行約15 000 h，為了解并掌握高溫過熱器受熱面管在高溫運(yùn)行下的材質(zhì)安全狀況，本項(xiàng)目進(jìn)行了高溫過熱器管內(nèi)壁氧化皮厚度測量、金屬壁厚測量工作，根據(jù)所測量內(nèi)壁氧化皮厚度及金屬壁厚、運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)，進(jìn)行了當(dāng)量溫度、運(yùn)行應(yīng)力的計(jì)算，并對其壽命進(jìn)行了評估計(jì)算。

2.1 資料收集

收集有關(guān)鍋爐及擬評估部件的設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行、維修、檢驗(yàn)、材料等有關(guān)的數(shù)據(jù)與資料，主要包括機(jī)組運(yùn)行時(shí)間、啟停次數(shù)、超溫超壓時(shí)間段、超溫超壓累計(jì)時(shí)間、缺陷記錄、爆泄情況、缺陷消除率等。

2.2 金屬壁厚測量

對高壓過熱器管屏金屬管壁厚度進(jìn)行測量，以評定管壁減薄狀況及管壁應(yīng)力分布狀況。在測量前采用專用打磨器具，將測點(diǎn)打磨至露出金屬光澤，并要求工件表面具有一定的平整度，采用專用的耦合劑，使用測厚儀進(jìn)行金屬壁厚測量。

2.3 內(nèi)壁氧化皮厚度測量

對1號余熱鍋爐高壓過熱器1和高壓過熱器2不同部位的管屏彎頭背部進(jìn)行精確測量，以評定管段使用溫度和超溫狀況。所測量的具體部位如下。

(1)高溫過熱器1中位置a，b，c，d處。

(2)高溫過熱器2中位置a，b處。

背對煙氣方向視圖(從2號機(jī)組向1號機(jī)組方向視圖)如圖1所示。面向煙氣方向視圖(從1號機(jī)組向2號機(jī)組方向視圖)如圖2所示。

2.4 使用儀器和分析軟件

使用的儀器和分析軟件具體如下。

(1)超聲波脈沖發(fā)生/接收器：Panametrics 5072PR。

(2)超聲波探頭：橫波20 MHz。

(3)示波器：Tektronix TDS420A。

(4)分析軟件：美國APTECH公司TUBETECH Version M98E。

3 檢測結(jié)果

3.1 高溫過熱器1檢驗(yàn)結(jié)果

對高溫過熱器1共計(jì)44根管，每根管進(jìn)行1點(diǎn)～4點(diǎn)測量，共計(jì)測量79點(diǎn)。視現(xiàn)場具體情況，部分管排測4點(diǎn)。

本次測量的高溫過熱器1內(nèi)壁氧化皮厚度均≤0.15 mm，其計(jì)算壽命均>100 000 h。

3.2 高溫過熱器2檢驗(yàn)結(jié)果

對高溫過熱器2共計(jì)76根管，每根管進(jìn)行2點(diǎn)測量，共計(jì)測量152點(diǎn)。

本次測量的高溫過熱器2內(nèi)壁氧化厚度均≤0.25 mm，必于0.20～0.25 mm共計(jì)33點(diǎn)，其中3根管的計(jì)算壽命<5 000 h。

內(nèi)壁氧化厚度分布規(guī)律如下。

(1)內(nèi)壁氧化厚度≤0.15 mm的管子共計(jì)82點(diǎn)，占比為54%。

(2)內(nèi)壁氧化厚度>0.15 mm且<0.20 mm的管子共計(jì)37點(diǎn)，占比為24%。

(3)內(nèi)壁氧化厚度>0.20 mm且≤0.25 mm的管子共計(jì)33點(diǎn)，占比為22%。

壽命評估分布規(guī)律如下。

(1)壽命評估>100 000 h的管子共計(jì)36根，占比為47%。

(2)壽命評估>80 000 h且≤100 000 h的管子共計(jì)10根，占比為13%。

(3)壽命評估>5 000h且≤8 000 h的管子共計(jì)27根，占比為36%。

(4)壽命評估≤5 000 h的管子共計(jì)3根，占比為4%。

4 結(jié)語

本次測量的高溫過熱器1內(nèi)壁氧化皮厚度均≤0.15 mm，其計(jì)算壽命均>100 000 h。本次測量的高溫過熱器2內(nèi)壁氧化皮厚度中，厚度>0.2 mm的管子占比為22%，其中3根管的計(jì)算壽命<5 000 h。

依據(jù)DL/T438—2016《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》第9.3.15條款的規(guī)定“鍋爐運(yùn)行5萬h后，對壁溫高于等于450 ℃的過熱器管和再熱器管應(yīng)取樣檢測管子的壁厚、管徑、硬度、內(nèi)壁氧化層厚度、拉伸性能、金相組織及脫碳層”，DL/T 939—2016《火力發(fā)電廠鍋爐受熱面管監(jiān)督技術(shù)導(dǎo)則》第6.6.6中規(guī)定“累計(jì)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到50 000 h后，應(yīng)結(jié)合機(jī)組檢修安排，對鐵素體鋼高溫過熱器管內(nèi)壁氧化皮厚度進(jìn)行抽查；當(dāng)氧化皮厚度超過0.5 mm時(shí)，應(yīng)對管子材質(zhì)進(jìn)行狀態(tài)評估，之后的每次A修均應(yīng)進(jìn)行檢查”，建議如下。

(1)在以后檢修中，加強(qiáng)高溫過熱器2的管子內(nèi)壁氧化皮厚度監(jiān)督工作。

(2)對計(jì)算壽命<50 000 h的3根管，6年內(nèi)(一個(gè)大修期內(nèi))進(jìn)行一次復(fù)測，監(jiān)控其內(nèi)壁氧化皮厚度的發(fā)展情況；如沒有明顯變化，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督檢查；如達(dá)到0.5 mm時(shí)，應(yīng)割管取樣，檢查其管徑、硬度、內(nèi)壁氧化層厚度、拉伸性能、金相組織老化情況并進(jìn)行狀態(tài)評估。

(3)鑒于本次檢測1號機(jī)組高壓過熱器管屏氧化層和壽命評估的情況，針對個(gè)別管排存在壽命不足的現(xiàn)象，建議2號機(jī)組高壓過熱器開展相同的氧化層檢測和當(dāng)量壽命的計(jì)算工作(視現(xiàn)場具體情況，拆除2號機(jī)組高壓過熱器1、2出口集箱處的擋板，對出口集箱處的管排進(jìn)行檢測)。