羅涇燃機發電廠1號機組余熱鍋爐受熱面管氧化層檢測和當量壽命計算

柏 盛，洪瑋鑫，陸 云

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

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

1 機組介紹

羅涇燃機發電廠1號機組為杭州鍋爐集團有限公司制造，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年投入商業運行至今已累計運行2861.9 h，1號機組投運至今已累計運行約15 000 h。額定工況主要參數具體如下。

(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2排，橫向排數66排，總數量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6排，橫向排數76排，總數量456根管屏，距離集箱兩端各有500 mm。

高壓過熱器進口集箱尺寸φ273.1 mm×28.58 mm，材料P22合金鋼管；設計溫度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；設計溫度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；設計溫度541 ℃。

根據現場具體情況檢測對象為高壓過熱器1和高壓過熱器2，其具體參數如下：高壓過熱器1進口段管子材料為T11鋼，蒸汽壓力為9.62 MPa，規格為φ38.1 mm×2.667 mm；高壓過熱器2進口段管子材料為T22鋼，蒸汽壓力為9.62 MPa，規格為φ38.1 mm×3.81 mm。

2 工作內容

1號鍋爐正式投運至今已運行約15 000 h，為了解并掌握高溫過熱器受熱面管在高溫運行下的材質安全狀況，本項目進行了高溫過熱器管內壁氧化皮厚度測量、金屬壁厚測量工作，根據所測量內壁氧化皮厚度及金屬壁厚、運行時間等參數，進行了當量溫度、運行應力的計算，并對其壽命進行了評估計算。

2.1 資料收集

收集有關鍋爐及擬評估部件的設計、安裝、運行、維修、檢驗、材料等有關的數據與資料，主要包括機組運行時間、啟停次數、超溫超壓時間段、超溫超壓累計時間、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行測量，以評定管壁減薄狀況及管壁應力分布狀況。在測量前采用專用打磨器具，將測點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，使用測厚儀進行金屬壁厚測量。

2.3 內壁氧化皮厚度測量

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號機組向1號機組方向視圖)如圖1所示。面向煙氣方向視圖(從1號機組向2號機組方向視圖)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 檢測結果

3.1 高溫過熱器1檢驗結果

對高溫過熱器1共計44根管，每根管進行1點～4點測量，共計測量79點。視現場具體情況，部分管排測4點。

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

3.2 高溫過熱器2檢驗結果

對高溫過熱器2共計76根管，每根管進行2點測量，共計測量152點。

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

內壁氧化厚度分布規律如下。

(1)內壁氧化厚度≤0.15 mm的管子共計82點，占比為54%。

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

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

壽命評估分布規律如下。

(1)壽命評估>100 000 h的管子共計36根，占比為47%。

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

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

(4)壽命評估≤5 000 h的管子共計3根，占比為4%。

4 結語

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

依據DL/T438—2016《火力發電廠金屬技術監督規程》第9.3.15條款的規定“鍋爐運行5萬h后，對壁溫高于等于450 ℃的過熱器管和再熱器管應取樣檢測管子的壁厚、管徑、硬度、內壁氧化層厚度、拉伸性能、金相組織及脫碳層”，DL/T 939—2016《火力發電廠鍋爐受熱面管監督技術導則》第6.6.6中規定“累計運行時間達到50 000 h后，應結合機組檢修安排，對鐵素體鋼高溫過熱器管內壁氧化皮厚度進行抽查；當氧化皮厚度超過0.5 mm時，應對管子材質進行狀態評估，之后的每次A修均應進行檢查”，建議如下。

(1)在以后檢修中，加強高溫過熱器2的管子內壁氧化皮厚度監督工作。

(2)對計算壽命<50 000 h的3根管，6年內(一個大修期內)進行一次復測，監控其內壁氧化皮厚度的發展情況；如沒有明顯變化，應加強監督檢查；如達到0.5 mm時，應割管取樣，檢查其管徑、硬度、內壁氧化層厚度、拉伸性能、金相組織老化情況并進行狀態評估。

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