電站鍋爐過熱器出口集箱評(píng)估

何澎 鄧學(xué)民

遼寧省本溪市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所 遼寧本溪 117000

隨著工業(yè)的發(fā)展，高溫、高壓鍋爐使用日益廣泛，但在長(zhǎng)期高溫、高壓、介質(zhì)腐蝕和載荷的影響下，鍋爐極易產(chǎn)生缺陷引發(fā)事故，一旦發(fā)生事故，會(huì)造成人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。本文依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，利用科學(xué)、有效的檢驗(yàn)手段，對(duì)鍋爐過熱器出口集箱進(jìn)行安全評(píng)估，為設(shè)備的安全運(yùn)行提供有力的技術(shù)支撐，避免事故發(fā)生，節(jié)約企業(yè)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1 基本情況

某發(fā)電廠電站鍋爐（以下簡(jiǎn)稱該鍋爐），型號(hào)為YG-35/3.82-Q，為燃?xì)獬袎赫羝仩t。該鍋爐于2000年9月投產(chǎn)運(yùn)行，至今已運(yùn)行20年，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間約17.9萬小時(shí)。根據(jù)DL/T438-2016《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》、GB/T30580-2014《電站鍋爐主要承壓部件壽命評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》、DL/T654-2009《火電機(jī)組壽命評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》等標(biāo)準(zhǔn)的要求，需對(duì)該鍋爐主要承壓部件進(jìn)行壽命評(píng)估。

1.1 過熱器出口集箱結(jié)構(gòu)參數(shù)

該鍋爐過熱器出口集箱（以下簡(jiǎn)稱集箱）為圓筒結(jié)構(gòu)，兩端為平板封頭。

集箱筒體為無縫管，規(guī)格為Φ273×16mm，材質(zhì)為12Cr1MoV；端蓋為平板封頭，厚度為90mm，材質(zhì)為15CrMo鍛件；集箱底部與過熱器管束相連，管束規(guī)格為Φ42×3.5mm，共39根，材質(zhì)為15CrMoG。

工作溫度：430～450℃；

設(shè)計(jì)溫度：450℃；

工作壓力：3.4～3.8MPa；

設(shè)計(jì)壓力：3.82MPa。

1.2 鍋爐概況

該鍋爐由濟(jì)南鍋爐廠于1999年10月建造，由東電一公司于1999年11月安裝，2000年9月投入運(yùn)行，至2021年2月累計(jì)運(yùn)行178992小時(shí)。該鍋爐額定蒸發(fā)量為35t/h，額定工作壓力為3.82MPa，額定出口工作溫度450℃。運(yùn)行過程中，集箱的工作溫度在430～450℃范圍之間波動(dòng)，工作壓力在3.4～3.8MPa范圍內(nèi)波動(dòng)；總的啟停次數(shù)約240次。

2 壽命評(píng)估工作內(nèi)容及評(píng)估依據(jù)

本次評(píng)估主要工作內(nèi)容有：宏觀幾何檢驗(yàn)、厚度檢驗(yàn)、硬度檢驗(yàn)、化學(xué)成分檢驗(yàn)分析、微觀組織金相檢驗(yàn)分析、焊接接頭無損檢測(cè)、強(qiáng)度校核與應(yīng)力分析、蠕變壽命估算、超標(biāo)缺陷安全評(píng)定等等[1]。

壽命評(píng)估主要依據(jù)：①該鍋爐本體的集箱的設(shè)計(jì)資料、安裝資料、及運(yùn)行說明。②本次檢驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告。③TSGG7002-2015《鍋爐定期檢驗(yàn)規(guī)則》。④GB/T35013-2018《承壓設(shè)備合于使用評(píng)價(jià)》。⑤DL/T438-2016《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》。⑥GB/T30580-2014《電站鍋爐主要承壓部件壽命評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》。⑦DL/T654-2009《火電機(jī)組壽命評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》。⑧DL/T940-2005《火力發(fā)電廠蒸汽管道壽命評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》。⑨GB/T19624-2019《在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》。

3 檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果分析

本次評(píng)價(jià)進(jìn)行的檢驗(yàn)檢測(cè)工作有厚度檢驗(yàn)、硬度檢驗(yàn)、化學(xué)成分檢驗(yàn)分析、微觀組織金相檢驗(yàn)分析、焊接接頭無損檢測(cè)等。

3.1 厚度檢驗(yàn)結(jié)果

對(duì)集箱的筒體和封頭進(jìn)行厚度測(cè)量。筒體部位的最小厚度為15.47mm；封頭部位的最小厚度為87.77mm。本次應(yīng)力計(jì)算則以這兩個(gè)實(shí)測(cè)厚度為依據(jù)。

3.2 化學(xué)成分檢驗(yàn)結(jié)果

對(duì)集箱筒體、封頭和焊縫部位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)光譜檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果表明：筒體其化學(xué)成分均符合12Cr1MoVG材質(zhì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求；端蓋符合15CrMo鍛件材質(zhì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求；焊材為R307材質(zhì)，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 硬度檢驗(yàn)結(jié)果

對(duì)集箱筒體母材、焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)硬度檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果其布氏硬度值均符合相應(yīng)材質(zhì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。

3.4 焊接接頭無損檢測(cè)

對(duì)集箱兩端部位的焊縫進(jìn)行了表面和內(nèi)部的無損檢測(cè)。采用磁粉和滲透兩種方法對(duì)所有焊縫進(jìn)行了表面檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均為Ⅰ級(jí)（合格）；采用常規(guī)脈沖超聲和相控陣超聲方法對(duì)所有焊縫進(jìn)行了內(nèi)部檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，超聲檢測(cè)均為Ⅰ級(jí)（合格）。

3.5 微觀組織金相檢驗(yàn)分析

在集箱筒體、焊縫部位進(jìn)行金相復(fù)膜取樣，試驗(yàn)室金相顯微鏡觀測(cè)，筒體金相組織基本正常，出現(xiàn)球化2級(jí)至3級(jí)。

4 集箱應(yīng)力分析與強(qiáng)度校核

根據(jù)GB/T16507.4-2013《水管鍋爐第4部分：受壓元件強(qiáng)度計(jì)算》等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)集箱進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算與強(qiáng)度校核，應(yīng)力計(jì)算過程與結(jié)果如下：

計(jì)算壓力P=3.82MPa

計(jì)算溫度T=450℃

筒體外徑Do=273mm

筒體厚度δn=16mm

材料設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力[σ]t=141MPa

集箱底部排管外徑do=42mm

集箱底部排管壁厚δg=3.5mm

集箱底部排管內(nèi)徑di=do-2δg=35mm

集箱底部排管間距S=80mm

管排削弱系數(shù)φmin=（S-di）/S0.562

筒體最小厚度δmin=15.47實(shí)測(cè)

筒體環(huán)向膜應(yīng)力σθ=PDo/2δmin=33.706MPa

判據(jù)1：σθ＜φmin[σ]t=79.24安全

筒體腐蝕欲量C2=0.5mm（根據(jù)文獻(xiàn)[3]確定）

筒體有效厚度δe=δmin-C2=14.97mm

當(dāng)量膜應(yīng)力=PDo/2δe=34.832MPa

孔邊環(huán)向應(yīng)力集中系數(shù)Kn=3.1（文獻(xiàn)[3]表A.1）

孔邊軸向應(yīng)力集中系數(shù)KZ=-0.2（文獻(xiàn)[3]表A.1）

孔邊徑向應(yīng)力集中系數(shù)Kr=-2δe/（Do-δe）=-0.116

孔邊環(huán)向應(yīng)力σn=Knσe=107.98MPa

孔邊軸向應(yīng)力σz=Kzσe=-6.966MPa

孔邊徑向應(yīng)力σr=Krσe=-4.041MPa

孔邊最大應(yīng)力σmax=σn-σz=114.95MPa

判據(jù)2：σmax＜3[σ]t安全

平蓋材料許用應(yīng)力[σ]tg=113MPa查[2]表7

平蓋結(jié)構(gòu)特性系數(shù)Kf=0.58文獻(xiàn)[3]表11

平蓋計(jì)算直徑Dc=Do-2δmin=242.06

平蓋最小厚度δgmin=87.77mm

平蓋應(yīng)力σg=P（DcKf/δgmin）2=9.774

判據(jù)3：σg＜[σ]tg安全

上述計(jì)算結(jié)果可見：集箱筒體一次應(yīng)力、孔邊最大應(yīng)力和平蓋應(yīng)力均滿足強(qiáng)度條件。

因壓力和溫度波動(dòng)范圍都很小，孔邊最大應(yīng)力又遠(yuǎn)小于許用值，所以集箱筒體不會(huì)發(fā)生疲勞失效。另12Cr1MoVG材料的蠕變閾值溫度約為480℃，因此450℃溫度下工作的集箱不會(huì)發(fā)生蠕變失效[3-4]。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)該集箱化學(xué)成分、硬度值均，金相組織及經(jīng)強(qiáng)度計(jì)算和應(yīng)力分析表明，集箱筒體和平蓋強(qiáng)度滿足要求，可以繼續(xù)使用。該集箱可以繼續(xù)運(yùn)行到下一檢驗(yàn)周期。