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主蒸汽管道材料的力学性能及劣化分析

主蒸汽管道材料的力学性能及劣化分析

作者：杨博华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

火电厂的设计寿命一般为30年,火电厂主蒸汽管道长期在高温、高压条件下工作,导致原子的扩散加剧,其微观组织结构也会发生变化,会产生诸如：蠕变损伤,蠕变孔洞,碳化物的球化、聚集和生长,晶界裂纹等。宝钢电厂从1982年投入运行至今,运行... 详细信息

火电厂的设计寿命一般为30年,火电厂主蒸汽管道长期在高温、高压条件下工作,导致原子的扩散加剧,其微观组织结构也会发生变化,会产生诸如：蠕变损伤,蠕变孔洞,碳化物的球化、聚集和生长,晶界裂纹等。宝钢电厂从1982年投入运行至今,运行时间已经达到设计寿命,因此需要对机组的高温重要金属部件进行状态评估,以建立合理的延寿策略和方案。宝钢电厂的主蒸汽管道的材料是STPA24钢,而国内对于STPA24钢的研究较少,本文也将丰富国内STPA24钢研究实例。本文论述了电厂主蒸汽管道用钢的发展状况,并总结了目前对于主蒸汽管道性能分析的方法。本文分为两个部分,对运行20万小时的STPA24钢进行常温力学性能分析和劣化机理的研究。常温力学性能试验包括常温硬度试验、常温拉伸试验、常温冲击试验以及断口形貌分析,发现长期运行后的STPA24钢的韧性严重下降,脆化温度大幅度提高。劣化机理研究,主要包括化学成分分析、金相分析、扫描电镜分析（SEM）、能谱仪分析（EDS）,发现其化学成分并未发生明显变化,但碳化物球化严重达到3-4级,晶界和贝氏体内的碳化物析出严重,并出现Cr、Mo元素的重新分配,从而导致其硬度值偏高,拉伸和冲击韧性明显下降,但仍在正常的安全运行范围以内,需要注意冲击荷载的作用。对于STPA24钢的常温力学性能检测和组织结构的分析,能够从理论上分析出主蒸汽管道的劣化原理和程度,在电厂实际生产过程中起到积极的指导意义。

关键词：主蒸汽管道 STPA24钢力学性能劣化机理碳化物球化

700℃超超临界机组主蒸汽管道候选材料特性与服役性能研究现状

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热力发电 2021年第11期50卷 1-12页

作者：赵子龙李生志马翔杨行炳文作伟李烨飞严靖博张创举西安热工研究院有限公司陕西西安710054 上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂上海200240 华能瑞金发电有限责任公司江西赣州341108 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室陕西西安710049

主蒸汽管道具有服役温度较高、壁厚较大等特点,其不仅要求管道具有良好的持久强度及抗氧化性能,而且对管道候选材料的加工、焊接、疲劳强度等性能提出了较高的要求。国内外相关机构开发以Inconel740H、GH984G、CCA617、Haynes282、HR6W... 详细信息

主蒸汽管道具有服役温度较高、壁厚较大等特点,其不仅要求管道具有良好的持久强度及抗氧化性能,而且对管道候选材料的加工、焊接、疲劳强度等性能提出了较高的要求。国内外相关机构开发以Inconel740H、GH984G、CCA617、Haynes282、HR6W等合金为代表的新型镍基与镍铁基高温合金因其优异的高温持久强度与抗氧化性能,被认为是先进超超临界燃煤发电机组关键部件的主要候选材料。本文考虑主蒸汽管道的尺寸特点、应用环境等因素,详细综述了5种合金材料的成分与组织、持久性能、抗蒸汽氧化性能、抗疲劳性能、应力松弛、焊接性能与加工性能。综合分析得出:Inconel740H合金虽然已经用于火电机组高温部件,但是其焊接填充材料的问题仍需要进一步研究;Haynes282合金的热膨胀系数较低,焊接性能优于Inconel740H合金,是比较有潜力的主蒸汽管道候选材料;对于700℃超超临界机组主蒸汽管道候选材料,在实际投产前仍需要进行大量实验研究。

关键词：超超临界主蒸汽管道高温持久强度抗氧化性能焊接性能

某储热型太阳能热发电项目主蒸汽管道改造研究

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青海电力 2023年第1期42卷 51-54页

作者：刘静修恒旭中国船舶重工集团新能源有限责任公司北京海淀100095

储热型太阳能热发电项目电价远高于常规煤电项目,因此,如何进一步提升发电量对于已建成的太阳能热发电项目至关重要。依据某太阳能热发电项目的主蒸汽管道进行了阻力分析,以及相关技术经济优化比较,针对主蒸汽管径偏小而影响到发电量的... 详细信息

储热型太阳能热发电项目电价远高于常规煤电项目,因此,如何进一步提升发电量对于已建成的太阳能热发电项目至关重要。依据某太阳能热发电项目的主蒸汽管道进行了阻力分析,以及相关技术经济优化比较,针对主蒸汽管径偏小而影响到发电量的问题提出了最佳解决方案。同时也对类似项目的主蒸汽管道阻力计算提供相关参考。

关键词：储热型太阳能热发电主蒸汽管道阻力分析技术经济优化

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主蒸汽管道系统汽锤响应分析方法研究

热力透平 2015年第4期44卷 284-289页

作者：肖高绘冀大伟田野上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

介绍了汽锤形成的机理及汽锤力计算的理论依据,在详细阐述汽锤动态响应分析方法和步骤的基础上,对国内某核电机组主蒸汽管道系统进行了分析和结构优化,最终验证了该套主蒸汽管道系统汽锤响应分析方法的可行性,表明此方法可用于对主蒸汽... 详细信息

介绍了汽锤形成的机理及汽锤力计算的理论依据,在详细阐述汽锤动态响应分析方法和步骤的基础上,对国内某核电机组主蒸汽管道系统进行了分析和结构优化,最终验证了该套主蒸汽管道系统汽锤响应分析方法的可行性,表明此方法可用于对主蒸汽管道系统进行汽锤响应分析。

关键词：核电机组主蒸汽管道汽锤力动态响应

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主蒸汽管道蠕变测量方法及应用

价值工程 2016年第24期35卷 187-189页

作者：欧凤兰廖尚君郑伟重庆金维实业有限责任公司重庆401220 中国石油四川石化有限责任公司成都611930

通过在主蒸汽管道上设置蠕变测量标记的方法对主蒸汽管道的蠕变状况进行监测,为管道的安全运行和鉴定管道使用寿命提供相应的依据。

关键词：主蒸汽管道蠕变测量标记蠕变应变蠕变速度

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超临界机组主蒸汽管道弯管失效机理研究

超临界机组主蒸汽管道弯管失效机理研究

作者：王海朋福州大学

学位级别：硕士

高蒸汽参数使超临界机组具有较高的发电效率,同时也给火电厂的安全运营带来新挑战。主蒸汽管道承担着锅炉与汽机机组之间的蒸汽输送,其设备完整性对于安全运行起决定性作用。弯管是主蒸汽管道系统中开裂事故多发区,弯管制造环节中管坯... 详细信息

高蒸汽参数使超临界机组具有较高的发电效率,同时也给火电厂的安全运营带来新挑战。主蒸汽管道承担着锅炉与汽机机组之间的蒸汽输送,其设备完整性对于安全运行起决定性作用。弯管是主蒸汽管道系统中开裂事故多发区,弯管制造环节中管坯钢材冶金水平、弯管热推、弯后热处理、管道焊后热处理等环节的品控不严格均可能造成材质劣化,进而产生设备失效事故。开展主蒸汽管道弯管失效机理研究,对于指导管件生产与电厂设备运营管理具有重要意义。本文以开裂失效的P91钢主蒸汽管道为研究对象,采用宏观检验、化学成分检测、微观组织分析、常规力学性能检验、耐晶间腐蚀试验、Tafel极化曲线等实验方法,并结合热推弯管制造工艺进行开裂机理研究。试验结果表明:弯管母材的Si、Al含量高于标准要求,Mo、N、Nb含量低于标准要求下限;弯管晶粒度超标,弯管热影响区正火区与回火区晶粒度差异极大;弯管的硬度偏低;拉伸性能测试不合格。耐晶间腐蚀试验、Tafel极化曲线测试结果均显示弯管、弯管热影响区相对直管、直管热影响区耐腐蚀性差。根据实验结果分析:弯管超标的粗大晶粒组织在焊接热循环作用下发生相变,造成弯管热影响区正火区与回火区晶粒度差异极大。裂纹始于高温蒸汽冲刷下弯管热影响区夹杂物的剥落,形成点蚀坑,在管系应力与弯管热影响区残余拉应力的作用下该区域的腐蚀活性增强,裂纹沿着正火区与回火区夹交界向外壁扩展,直至裂透。在热处理模拟弯管材质劣化机理的研究中发现,以本次试验设计试样规格为前提下,直管在1200℃保温2 h会产生与弯管相同的材质劣化现象。正常的回火处理(730～760℃保温至少60 min)无法消除材质劣化,需再次进行合格的正火+回火热处理方可恢复。由此可知弯管材质劣化产生于弯管制造工艺中的热弯或者弯后热处理环节。弯管化学成分不达标对热处理性能影响较大,弯管产生同样材质劣化的热处理温度(1100℃保温2 h)要低于直管(1200℃保温2 h)。夹杂物的存在使得P91钢的耐点蚀性降低,Tafel极化曲线显示晶粒粗大、夹杂物使得热处理材质劣化后的P91钢自腐蚀电位降低、腐蚀电流密度增加。

关键词：主蒸汽管道 P91钢弯管材质劣化热处理