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火力发电锅炉高温设备的剩余寿命评价法

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火力发电锅炉高温设备的剩余寿命评价法
目前,日本国内正在运行的火电机组中,有一半以上累计运行时间均已超过10万h,设备老化不断加重.
另一方面,随着放松管制,电力行业也自发地寻求一种更为有

的设备维护管理手段.
就锅炉设备而言,在一定前提下可以适当延长检修周期.其条件之一就是通过对运行条件恶劣的部位进行剩余寿命诊断,确定其性能的优劣.
现阶段,剩余寿命诊断工作都是由厂家来完

的,今后,为了进一步提高效率,用户应该拥有独自的剩余寿命诊断技术,从而判断厂家所做诊断的准确性,进行最佳的设备寿命管理.
尽管目前已经有了多种剩余寿命诊断法,但是用户无法有效利用评价结果.这是由于用户对取样条件,评价条件不甚了解.下面,简要介绍一下电力公司自行开发的火力发电锅炉高温设备的剩余寿命评价技术.
1 剩余寿命评价方法
用于高温耐压部位的钢铁材料长时间使用后会出现老化,变形等蠕变损伤问题.对高温耐压部位进行蠕变剩余寿命评价,除了导热管可以进行比较精确的破坏试验外,其它的部位必须采取非破坏方法,如:复制试样法.这其中对于长时间高温下的金属组织变化与长时间高温内压条件下的蠕变变形,微观损伤,分为组织判断和损伤评价两种.它主要通过进行长时间加热试验与内压蠕变试验来评价.
1.1 组织判断法
试验证明:加热试验后的金属组织变化(特别是析出物的形态,分布变化)与相当于实际设备应力下的内压蠕变试验的组织变化差别不大.因此,在考虑组织变化时,可以忽略应力产生的加速影响,视其为单纯的高温热老化.如果预先将通过加热已组织老化的低合金钢试样(母材,粗粒HAZ,细粒HAZ等)在550～750℃的环境下,做长达1万h的加热试验,那么就可以用拉森―密勒参数(温度与时间参数)来表示组织老化的程度:
PLM=(T+273)(C+lgt)
式中T:加热温度,℃
t:加热时间
C:定数
首先,将实机采到的复制组织与标本组织相比较,得到实机的PLM值.由于它是与母材,粗粒HAZ,细粒HAZ等各个部位的标本组织相比较后综合得出的判断,因此,PLM定值精度很高.利用PLM值和实机的运行时间to,可以求出以往的平均使用温度.
在这种温度下,利用使用应力与新材料断裂数值(金属材料技术研究所的蠕变数值
表)的关系,就可得到该部位的使用寿命.寿命消耗率φc=to/tr.
图3显示的是在运行20万h后,对使用应力不同的各个部位复制采样得到的PLM值与按图2顺序求得的使用寿命消耗率的关系.从图中不难看出,评价部位使用应力的不同,关系差异很大.也就是说,使用应力不同的部位,即使其复制组织的析出物的形态,分布状况呈同样的老化状态(PLM值),使用应力高一方的使用寿命消耗率将更大,蠕变断裂时间也短,所以不能忽视.
另外,从图3中还可了解到,组织变化在使用寿命的前半阶段变化比较大,说明这种方法对于蠕变变形与微观损伤不显著的前半阶段非常有效.
1.2 损伤评价法
损伤评价法以蠕变孔隙发生状况和蠕变应变量的等级为指标,得到寿命消耗率,因此,必须要有一个各等级与寿命消耗率相对应的评价表.
为此,在与实机同样焊缝的圆筒内,温度600～650℃,压力39～69MPa的条件下做试验,每到断裂时间的10%～20%时中断试验,求出寿命消耗率(到中断为止的时间/断裂时间)和复制组织变化,外径变化的关系,作出图4的评价表.
蠕变孔隙分布上的不均匀,使得无法用此方法进行定量评价,可以将其与分为五个阶段的标准损伤照片进行最大损伤部位的比较.
由于大管径的外径变化量与氧化,公称直径的允许值对评价影响不大,所以可以利用外径测量评价蠕变应变量.
2 适用性
利用组织判断法进行评价必须要考虑应力的因素,在使用寿命前半阶段非常有效.损伤评价法以蠕变孔隙,蠕变应变量为指标,在后半阶段使用非常有效.因此,要利用这两种方法综合评价.
另外,由于两种方法均受钢种不同的影响,对于表1所示用于高温部的每一种钢种,都要重新准备评价表.

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