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剩余寿命预测1 高温炉管剩余寿命预测的基本原则和方法1.1 高温炉管寿命预测的基本原则炉管检测后的最终质量通常用A、B、C三个级别进行评价。
即“A”级管有较轻度或没有蠕变裂纹，这种炉管继续使用没有问题；“B”级管有一定程度的蠕变裂纹，但可以继续使用，同时应加强监视；“C”级管的蠕变深度及面积已达到极限。
这类炉管不能继续使用，必须更换。
要预测炉管的残余寿命，实际上就是预测“B”级管的使用年限，因为对大多数高温炉管来说，“C”级管是必须更换的。
目前，炉管的检测通常釆用专业炉管检测装置进行。
虽然炉管检测装置具有它的可靠性、稳定性和准确性，但它只有一个单一的蠕变裂纹深度指标，如果要估算炉管的残余寿命必须要综合考虑，不能绝对地靠检测到“A、B”级来对炉管残余寿命下定义,因为化学成分和原始组织决定材料的原始强度，而运行时间、温度及应力的变化决定材料受蠕变损伤的程度。
根据国内外对高温炉管的研究结果，本文在对扬子石化公司芳烃厂BA1051制氢转化炉炉管进行评定时，按照如下的基本原则预测炉管的寿命。
首先确定导致炉管损伤的主要原因，然后根据炉管的损伤状态，选择相应的预测方法。
在对预测结果进行修正时同时兼顾其它因素的影响，在最终得到的使用寿命中应包含一定的安全余度，以适应炉管工作条件的变化。
1.2 高温炉管寿命预测的方法为了最经济地利用炉管，剩余寿命评价技术必须准确，同时工程上又要求其实施必须简便。
近年来国内外对高温炉管剩余寿命评价技术的研究投入了大量的人力和物力，提出了多种预测炉管剩余寿命的方法，归纳起来可大致可分为间接法和直接法两类。
直接法即非破坏检查和破坏检查两类剩余寿命诊断技术，间接法即理论解析法。
解析法和破坏检查所需时间较长，而非破坏检查可在较短时间，对较多部位进行诊断，且能定期监测。
所以采用非破坏检查的方法预测炉管剩余寿命更为实用。
目前非破坏性检查的剩余寿命诊断技术主要有：（1）金属组织变化测定法，炉管长期在高温、应力和环境共同作用下服役，材料的微观组织会发生变化，如碳化物的析出、蠕变空洞的增殖等等。
锅炉高温过热器弯管的失效分析发布时间：2022-07-16T01:06:55.532Z 来源：《科学与技术》2022年第5期3月作者：林建伟[导读] 锅炉高温过热器管发生了爆管时对爆口管段取样，通过各项试验检测林建伟身份证号：******************摘要：锅炉高温过热器管发生了爆管时对爆口管段取样，通过各项试验检测，分析导致爆管产生的原因是，管子力学性能较差，存在焊接缺陷，在焊接应力及连续交变等外加应力的作用下，最终发生横向脆性断裂。
锅炉工作在高温高压环境中，锅炉受热面广泛接触烟、火、水、蒸汽等物质，这些物质在一定条件下会加速锅炉部件的腐蚀；在锅炉爆管事故中，过热器管、管子等小管子部件引起的停炉事故损失最大，因此分析锅炉受热面管在各种复杂工况下的安全运行对整个锅炉机组的连续运行具有重要意义。
关键词：锅炉高温；过热器弯管引言作为火力发电厂锅炉四大管道之一，高温过热器管的作用是加热饱和蒸汽定压，使其变成过热蒸汽。
在锅炉中，过热器是复杂性最强的受热面，受热面管壁以及管内蒸汽具有较高的温度，高温烟气会对受热面展开辐射换热和对流换热。
当受热面受到高温腐蚀、烟气腐蚀或锅炉结构不合理减小受热面管内壁通流流量的时候，通常会导致一些管壁温度高于规定温度，降低热稳定性，甚至导致受热面管壁温度过高、爆管等。
锅炉高温过热器联箱接管座角的焊缝出现裂纹，会导致裂纹的不断扩展，使得过热器发生管爆事故。
管爆事故的发生，不仅会给机组设备带来不可挽回的经济损失，同时也会给锅炉的经济安全生产带来潜在危险。
过热器直接影响着锅炉的经济性和安全性，其运行状况即对主蒸汽品质造成了影响，同时又与锅炉运行的安全性息息相关。
1锅炉高温过热器弯管的失效现状1.1管壁结垢问题锅炉受热面管壁结垢问题是导致其失效的重要原因。
因为管路受热面管道壁结垢现象能够引发管道热阻的上升问题，影响管壁的传热效果。
水垢产生的原因是高温环境下，盐发生反应形成的。
电站锅炉低温过热器管失效分析摘要：通过对低温过热器爆管，采用相关的技术手段进行失效情况分析，确定失效的原因，提出预防措施，避免和防止同类事故的再次发生。
关键词：电站锅炉；低温过热器；爆管；失效分析中图分类号：tm621 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）16-0279-020 引言某公司6#锅炉，型号为ug-130/3.82-m9，1998年安装，于2000年正式投入运行。
2006年11月20日该锅炉的低温过热器发生爆管，爆管后高温高压蒸汽冲向屏式过热器，致使数根过热器管发生严重磨损，其中2根已磨穿。
其它过热器管也有不同程度磨损。
该锅炉自投用至本次低温过热器爆管，累计运行时间4万多小时。
为避免和防止同类事故的再次发生，确保电站安全经济运行，同时为今后的管理提供可靠的科学技术依据，采用相关的技术手段对其失效情况进行分析，确定失效的原因。
该锅炉低温过热器管材质为20g，规格为？准38×3.5mm，其额定运行压力为3.82mpa，介质温度为450℃。
1 检验检测结果1.1 宏观检查宏观检查低温过热器爆管情况，爆管裂口位于迎烟气侧，裂口边缘比较粗糙，裂纹附近有明显的蠕变裂纹，裂口呈现出比较典型的长时间过热特征。
一处裂口裂纹长×宽约25×4mm，一处裂口裂纹长×宽约13×7mm，裂纹两端比较粗钝，具体情况如图1所示。
1.2 有效厚度测量用dc2000b型（精度为0.01mm）测厚仪对爆管管段进行测厚，背烟气侧厚度为3.74～3.79mm，迎烟气侧为3.32～2.13mm，2.13mm为破口边缘厚度，该锅炉运行近6年，管壁磨损小于0.1mm/年，在正常范围。
测厚结果见表1。
用外径千分尺测量爆管段外径涨粗5mm，外径涨粗率13%，其他部分管径无明显涨粗。
1.3 化学成分分析对爆管管段进行化学分析，结果见表2。
1.4 硬度测试对爆管管段进行硬度测试，结果见表3。
火力发电厂高温过热器失效原因分析及寿命评估摘要：随着社会科技的不断发展，人们对于能源的获取方式还有利用已经发生了天翻地覆的变化，时至今日可以说电力资源的使用已经成为了人们不可缺的能源。
为了能够给人们提供稳定的电力能源，各种发电厂起着重要的作用，其中火力发电厂已经是重要的发电地点之一。
而火力发电厂当中的高温过热器则是核心之一，人们对它的关注从来没有减少。
关键词：火力发电厂高温过热器失效寿命评估中图分类号：tm62 文献标识码：a 文章编号：火力发电厂是人们最主要的电力能源提供地点之一，其中最重要的操作机器可以说是电站锅炉，而电站锅炉当中过热器又是最主要的运行设备，但是由于高温或者是工作条件相对恶劣等种种原因，过热器在运行的过程当中经常会发生爆管一类的事故，当过热器发生故障的时候，机组的安全运行也就失去了保障，而且还会消耗大量无谓的能量。
过热器的运作原理其实并不复杂，就是利用烟气所产生的热量来加热饱和蒸汽，而高温加热器却是一般都会布置在炉膛的高温烟区进行运作，这些高温加热器一般指的是屏式过热器或者是高温对流过热器。
正如左图所表示的一样，加热器的内部有高温蒸汽作为构件，而外部则是高温烟气，这样的工作环境可以说已经是非常简单的。
特别是对于大容量机组来说，因为它不仅机组本身的内外两个部分都要承受很高的蒸汽压力，而且两者还要同时的承受烟气腐蚀和高温蒸汽腐蚀的危害。
在锅炉运作的时候会对内部很多因素产生影响，这些影响对于过热器的运行参数会有复杂而巨大的影响，这些因素包括了燃料品质、负荷还有机组太过于频繁的启动和停止，这些因素共同作用之下，让过热器失效的速度加快。
一、高温过热器失效的影响因素导致供温过热器失效的影响因素有很多，但是有几种最是经常也是最明显的影响因素，包括蠕变、疲劳、劳损还有腐蚀这四种方式。
1、蠕变对高温过热器的影响所谓蠕变的影响指的是过热器的当中由金属材料组成的部件因为过热器本身不断的高温工作，在这样的条件之下发生了永久变形的行为。
2003年3月第21卷第1期长沙铁道学院学报JOURNAL OF CHANGSHA RAILWAY UNIVERSITYNo1!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Mar.2003文章编号：1000-2499（2003）01-0108-05电厂锅炉过热器管失效分析及残余寿命预测贺株莉"（长沙电力学院，湖南长沙410077）摘要：对运行后的管材进行金相分析、蠕变孔洞观察及评级、高温持久实验等.采用综合分析法对其寿命进行预测.关键词：锅炉管；后屏过热器；蠕变损伤；珠光体球化中图分类号：TK223.13；TG146.2文献标识码：AAnaiysis on Invaiidation of Overheater Pipes in PowerPiants and Prediction of Their Life ExpectancyHE Zhu-ii（Changsha University of Eiectric Power，Changsha410075，China）Abstract：Based on the metaiiographicai anaiysis，observation，grading creeping hoies as weii as the exper-iment with the high-temperature creeprupture，this paper predicts the iife expectancy of the overheater pipes after prehensive anaiysis is adopted here.Keywords：boiier pipe；rear screen overheater；creeping damage；spheroidization of pear iife 电厂锅炉过热器是火力发电厂中的高温承压部件，它能否安全工作对整个机组的安全运行有着十分重要的意义，因此，对其进行寿命预测，使其超期安全运行，经济效益十分可观.作者从材料学方面对平圩发电厂2号炉后屏过热器进行寿命分析，采用综合分析法对其寿命进行预测.对运行后管材进行金相分析、蠕变孔洞观察及评级、高温持久实验等.根据实验数据及分析结果，结合壁温的结果，判断在影响材料寿命的诸因素（蠕变、球化、碳化物形成、材料的氧化腐蚀等）中，哪一个是主要因素，从而对其寿命作出比较科学全面的评判.1试验条件为了对后屏过热器的管壁进行实时监控，现场布置了几十个壁温测点，测量结果表明，左侧后屏过热器壁温高于右侧.本次从左侧后屏中共取6根管子，材料为12CriMoV，规格为!60 mm X11mm.已运行43510.74h，试验设备为4x1金相显微镜和HITACHIx-650型扫描电镜."收稿日期：2002-12-30作者简介：贺株莉（1963-），女，湖南株洲人，长沙电力学院工程师.!试验结果及分析计算!."常温力学性能试验各试样的常温力学性能实验结果见表l.表"常温力学性能实验试样编号!S /Mpa !b /Mpa "5/%#/%l #（2-2）345470l8602#（6-2）32845929523#（l0-2）2703753l 584#（4-7）29844828575#（8-7）34l4622l49!.!球化分析结果2.2.l 球化级别鉴定为对各管材的珠光体球化做比较准确的鉴定，对每个试样显微组织进行了观察，同时参考电科院5级球化标准给出的l2crlMOV 钢球化级别同其抗拉强度!b 的对应值.6根管子的球化分析结果见表2.表!管材的金相组织及球化级别鉴定试样号l #（2-2）2#（6-2）3#（l0-2）4#（4-7）5#（8-7）原材料组织特征见图l 见图2见图3见图4见图5见图6!b /Mpa 470459375448462552珠光体球化级别4454~54~5———图l >500图2>500图3>500图4>500图5>500图6>50090l 第l 期贺株莉：电厂锅炉过热器管失效分析及残余寿命预测2.2.2由球化确定的壁温由扩散控制理论可知球化时间I与使用温度T之间有如下关系式［1］：In I=In A+B/T式中：A、B均为材料系数.对于12Cr1MOV钢达4级和5级球化时间I（4）和I（5）与温度的关系［2］：4级球化：T=33500/［In I（4）+29.4332］-273（其中：e-29.4332；B=33500）4~5级球化：T=33500/（In I+28.0478）-273（其中：A=e-28.0478；B=33500）5级球化：T=33500/［In I（5）+26.9492］-273（其中：A=e-26.9492；B=33500）其中：I（4）和I（5）为取样前的累积运行时间，即：I（4）=I（5）=43510.741.计算各管壁温度如表3所示.由表3可见，由于现场壁温测点均布置在炉外，测量出的壁温必然较实际温度低，计算值比测量值分别高出40~80C.但壁温分布的规律与测量值十分接近，由此计算而得的各管段的壁温可以作为其表!球化确定的各管子的壁温编号1#2#3#4#5#球化计算壁温/C562.1562.1617.3587.6562.1实测壁温/C512.5508.5539526507热力学计算壁温/C557577613581562寿命评估依据.3号试样所在管子（10排第2根管）壁温已超过610C，说明该厂2号炉后屏过热器在实际运行过程中出现偏差引起的超温现象是比较严重的.".!蠕变孔洞观察和评级对5根管子的蠕变孔洞进行了观察，发现其单个蠕变孔洞都比较明显，其中，10-2号管壁金属的蠕变孔洞已经连成片.根据Neubauer和WedeI提出的划分蠕变孔洞的4级标准［3］，2-2号和8-7号管壁符合其中的A级.6-2和4-7号管壁符合其中的B级，而10-2号管壁金属微观组织中，蠕变孔洞几乎连成片，蠕变损伤已非常严重，符合4级标准中的C级.又根据Neubauer和WedeI提出的蠕变寿命损耗分数I/I r分别等于0.4、0.6、0.8、1.0.因此2-2和8-7号管壁的残余寿命为：I res=I（I r/I-1）=1.5X I=1.5X43510.74=6526614-7和6-2号管子的残余寿命为：I res=I（I r/I-1）=0.667X I=1.667X43510.74=29006110-2号管子的残余寿命为：I res=I（I r/I-1）=0.25X I=0.25X43510.74=108771".#碳化物分析2.4.1晶内碳化物尺寸的测量与统计采用HITACHIX-650型扫描电镜对全部6个试样（包括原始管材）分别进行了晶内碳化物颗粒尺寸的测定.碳化物颗粒形貌均按球状处理，结果见表4.2.4.2根据碳化物尺寸确定的残余寿命过热器管道在长期使用中，晶内析出的VC、M02C等碳化物将主要表现为长大行为，这种现象称为碳化物的粗化.研究表明碳化物的长大与使用温度和时间有关，其规律为：dI3-do3=KI011长沙铁道学院学报2003年表!晶内碳化物颗粒尺寸测定结果试样编号分析颗粒个数颗粒最小直径/!m颗粒最大直径/!m 颗粒平均直径/!m1#（2-2）2450.061385670.853274750.38562#（6-2）2580.065743840.908209480.40953#（10-2）2250.071050740.956908470.44354#（4-7）1980.067450810.912508170.41085#（8-7）2130.060458770.826549550.39156#（原始样）1810.038567580.480719430.159765式中：dt 为运行t 时刻的碳化物尺寸；do 为原始管段的碳化物尺寸；t 为运行时间；K 为与温度有关的碳化物长大速度.测定碳化物尺寸，可以估计材料的损伤状况，因此晶内碳化物尺寸是一项重要的蠕变损伤特征参数.对12Cr1MOV 高温过热器进行过模拟实验［4］，经过热器在累计运行12万1后更换并详细分析，其碳化物长大基本方程为ln K =0.0422T -48.4907.式中：K 为碳化物长大速度；T 为过热器管壁壁温；还测定了模拟爆管试样爆口附近的碳化物极限尺寸：dr =0.56!m 10.02；在确定了碳化物长大极限尺寸后，可以用下式得出蠕变损伤率!c 与测得的碳化物尺寸的关系式："c =11+dr 3-dt 3()Kt式中：dr 为碳化物的极限尺寸；dt 为测得的碳化物的平均尺寸；I 为与温度有关的碳化物长大速度；t 为运行时间.而已知管段的蠕变损伤率，即可估算其残余寿命时间：t res =t"c -t 根据以上公式，将表4中的碳化物尺寸代入计算，得出各管段的残余寿命值如表5所示.表"根据碳化物尺寸估算的各管段残余寿命样品号球化级别dt /!m 壁温T /CKt （X 10-2）蠕变损伤率"c /%残余寿命t res /11#（2-2）40.38565576.179534.32830002#（6-2）40.409557714.3757.33320003#（10-2）50.443561365.688.1258004#（4-7）4~50.410858117.0161.5270005#（8-7）40.39155627.6339.7565000#."持久强度及蠕变试验2.5.1过热器管壁应力计算过热器管道运行过程中由于承受内压而引起的应力可以用Lame 方程［5］来计算，计算公式为：周向应力：#$=Pr 2i （r 20+r 2）r 2（r 20-r 2i ）径向应力：#r =-Pr 2i （r 20-r 2）r 2（r 20-r 2i ）轴向应力：#z =U （#r +#0）=2U Pr 2i（r 20-r 2i ）平均直径周向应力为：#=Pd2t 式中：P 为作用在管子上的内压力；ri 、ro 分别为管子的内径、外径；r 为管子厚度方向任一点的111第1期贺株莉：电厂锅炉过热器管失效分析及残余寿命预测直径；t为管子厚度；u圩电厂2号炉后屏过热器工作压力17.75Mpa，管子规格为!60mm X11 mm，由上式计算可得作用在管子上的轴向应力为"=35.14Mpa.2.5.2持久强度的外推由于时间的限制，只对工作条件最为恶劣、球化最严重的10-2号管子进行高温持久实验，实验温度610C，所得实验数据如表6所示，外推曲线如图7所示.表610-2号管子的持久强度实验数据应力/Mpa186.2122.5102.983.385.2680.36断裂时间/h50.5498.61295.73897.64167.54910.5从图7看出，该管材在应力小于83.3Mpa出现转折点，直线斜率从0.1844上升为0.355，转折后的直线参数为：a=3.215126；J=-0.355.则外推在工作应力为35.14Mpa时，Lg X=（Lg35.14-3.215126）/（-0.355），X=50385h最终残余寿命为50385-43510=6875h.3结论图710-2号试样的持久强度曲线1）过热器使用的耐热钢材料对使用温度最为敏感，使用温度最高的10-2号管材的珠光体球化已达5级.碳化物在晶界上析出并长大，聚集在晶界上呈连续薄膜状，严重削弱了晶界强度，同时促使蠕变孔洞在该处萌发，促使晶界裂纹形成，导致其残余寿命大大降低.对10-2管材来说，由球化引起的材料老化成为决定其寿命的最终因素.对于球化刚达4级的2-2号管壁来说，其微观组织中也已出现了明显的单个蠕变孔洞，说明对该管子来说，其金属材料已有了一定蠕变损伤，对蠕变损伤引起的寿命损耗也应作为重要因素来考虑.老化和损伤这2个过程随使用温度的提高和运行时间的加长同时进行着.2）通过12CFIMOV钢球化时间同使用温度的关系式，对各管材的使用温度进行了计算，所得结论同实测结果基本一致.这说明珠光体球化主要取决于使用温度及时间.3）碳化物长大速度K对温度十分敏感，不同使用温度的K值差别很大；同时使用温度越高，则晶内碳化物长大倾向增强，表现为碳化物粒子平均尺寸增加.4）使用540/610C对10-2号管材进行了高温持久实验，结果所得残余寿命值接近于由材料损伤和老化计算出来的值.5）严格控制机组运行过程中的超温现象，对损伤严重的10-2号管子应加强监督，在260d 时，可以考虑更换该管屏.参考文献：［1］吴非文.火力发电厂高温金属运行［M］.北京：水利电力出版社，1979.［2］吴非文.沙角B电厂锅炉过热管爆管分析及寿命估算［J］.热力发电，1998，1（1）：46-56.［3］林建国，张永刚，陈昌麒.TiAL合金pST晶体高温特性及蠕变失稳机制［J］.金属学报，1998，34（9）：945-949.［4］李益民.电站高温部件蠕变寿命预测方法现状［J］.热力发电，1994，152（2）：34-39.［5］程宝俊.12CFIMOV过热管寿命评估［J］.热力发电，1993，7（5）：55-56.211长沙铁道学院学报2003年。
