超超临界机组过热器管道用T92钢高温腐蚀及剩余寿命评估方法研究

发布时间：2020-04-09 23:26

【摘要】：随着国家对环保的不断重视,高效节能的超超临界机组正得到广泛推广。超超临界机组进一步提高了运行参数,同时也对过热器管道使用的耐热钢提出了更高的要求。耐高温腐蚀能力是火电机组选用耐热钢的一项重要安全指标,并且在复杂的高温腐蚀环境下,耐热钢还应具有优良的高温强度及较长的使用寿命。T92钢作为“第三代马氏体型耐热钢”中的代表钢种,从2006年开始便凭借其优异的性能与低廉的价格成为我国超超临界机组过热器管道的首选材料。为更好地掌握超超临界机组过热器管道用T92钢的高温腐蚀行为,评估其剩余寿命,本文选取T92钢为研究对象,采用试验研究、理论分析和数值模拟等方法从烟气侧高温腐蚀行为、蒸汽侧高温腐蚀行为以及高温腐蚀对管道壁温、应力和剩余运行寿命的影响这三个方面开展研究。1.采用腐蚀增重法及XRD、SEM、EPMA和EDS等分析手段研究了不同应力状态下的T92钢在650℃和700℃时表面涂覆混合硫酸盐介质后的高温腐蚀行为。结果表明:温度对T92钢的高温腐蚀有显著促进作用;应力的作用使试样表面的缺陷得到发展,加速了基体的腐蚀;表面的腐蚀产物主要是复合硫酸盐、Fe_2O_3和铬酸盐,并且在高温的作用下复合硫酸盐挥发剧烈。2.采用SEM和EDS等分析手段研究了不同应力状态下的T92钢在600℃和650℃的高温蒸汽环境下的腐蚀行为。结果表明:腐蚀过程主要是O向基体内部扩散的过程;反应生成的腐蚀产物主要是Fe、Cr和O形成的氧化物;温度对氧化层生长有显著的促进作用;应力的存在促进了裂纹的发展,增加了氧化皮脱落的概率。3.通过理论分析和数值模拟计算推导了T92钢氧化层厚度与运行时间的关系以及氧化层厚度与管壁温度和应力之间的关系;计算出T92钢的Larson-Miller公式的C值;在Larson-Miller公式、管壁温度和应力变化规律以及累积蠕变损伤法的基础上,提出过热器管道剩余寿命评估方法,并对某电厂T92钢过热器管道进行剩余寿命评估;最后基于氧化皮的脱落特性,计算出T92钢氧化皮脱落的临界温度变化率,提出运行管理建议,从而为优化机组运行和提高使用寿命提供参考依据。
【图文】：

奥氏体耐热钢,历程

图 1-2 奥氏体耐热钢的发展历程奥氏体耐热钢硬度和强度比马氏体耐热钢高。由于加入了更多的C、Ni与Mo元素，，基体晶界中存留了较多 Cr 元素，减缓了晶间腐蚀，使得奥氏体耐热钢的耐高温腐蚀性能与抗氧化性高于马氏体耐热钢[17]。随着机组运行参数的不断提高，锅炉的高温受热面管道需要具有更好的高温力学性能、抗高温氧化性能和耐高温腐蚀性能，奥氏体钢得到了广泛应用。近年来，国内外的超超临界机组中常使用的奥氏体耐热钢型号为 TP347HFG、Super304H 和 HR3C。TP347HFG 是由日本住友金属株式会社对 TP347H 钢进行了工艺改良（采用了良好的固溶处理的热处理工艺使细化后的晶粒度高于 8 级）后的优化钢型。TP347HFG 在 GB5310-2008 中牌号为 08Cr18Ni11NbFG，相对于 TP347H 钢而言，TP347HFG 具有更好的耐高温氧化腐蚀能力以及热强性。TP347HFG 在超超临界机组中被广泛使用于过热器和再热器管道[18]。

C型,应力,加载,试样

图 2-1 加载应力后的 C 型试样T K F d单位为(N·m)；数，一般取 0.2；，单位为(N)；称直径，单位为(m)。得的预紧力 F 可以通过式(2-2)计算出 C 型环外大应力部位出现在外表面 C 型环圆弧中点位置[65]。26FR Ft t 最大应力，单位为(MPa)；
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG142.1

【参考文献】