循环流化床机组管道高温运行后的性能分析

2022-05-30孙贺斌周治伊杨佩旭钱亚勇吕岩婷

电力安全技术 2022年3期

孙贺斌，周治伊，杨佩旭，钱亚勇，吕岩婷

(1.甘肃电力科学研究院技术中心有限公司，甘肃兰州 730070；2.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃兰州 730070)

0 引言

循环流化床锅炉采用了高效、节能、低污染的燃煤新技术，其燃料适应性广、燃烧效率高、NOx排放低、结构简单、操作方便等诸多优点受到广泛关注。12Cr1MoV钢是一种珠光体耐热钢，广泛应用于汽轮机、锅炉等动力工程中，特别是用于蒸汽涡轮和火力发电厂的锅炉。

钢在高温、高压及腐蚀性的环境中长期使用，要求具有较高的持久强度和持久塑性，良好的抗氧化性能，且无热脆倾向。了解12Cr1MoV运行后的组织和性能变化，积累相关材料运行数据，对于保障电厂安全生产有重要意义。

以1台过热蒸汽出口压力为13.73 MPa、过热器出口温度为540 ℃的循环流化床锅炉为例，对其运行70 000 h后的12Cr1MoV材质主蒸汽管段进行性能试验研究。

1 试验材料与方法

试验材料选择12Cr1MoV材质的主蒸汽直管段和弯头，规格为φ377 mm×36 mm；通过尺寸测量、化学成分、室温拉伸、550 ℃拉伸、室温冲击、硬度、金相、脱碳和形貌分析、X射线衍射等试验，寻找12Cr1MoV运行70 000 h后组织和性能的变化规律。

2 试验分析

2.1 尺寸测量

采用DM5E型超声波测厚仪分别对取样管直管段和弯头进行3次厚度测量，其中弯管测量值均在38.0 mm左右，直管段测量值均在35.0 mm左右，减薄量在公称壁厚36 mm的2 %左右。故管壁厚度未见明显减薄现象，厚度基本均匀。厚度测量分析结果如图1所示。

图1 厚度测量结果分析

2.2 化学成分

采用ARL4460型大型直读光谱仪对取样管直管段及弯头进行材质成份分析，横截面材质成份中各元素含量满足GB/T 5310—2017《高压锅炉用无缝钢管》对12Cr1MoV材质的要求，具体分析结果见表1。

表1 12Cr1MoV钢的化学成分质量分数 %

2.3 力学性能

对12Cr1MoV取样管进行室温拉伸试验，试验结果见表2。

表2 12Cr1MoV室温拉伸试验结果

由表2可知，所取主蒸汽管样室温环境下各项力学性能试验结果均满足GB/T 5310—2017《高压锅炉用无缝钢管》的标准要求。

为进一步了解主蒸汽管在运行温度下的力学性能，按该标准要求将此管样在550 ℃环境下进行了3组拉伸试验，结果显示所取主蒸汽管样的抗拉强度分别达到了353 MPa，361 MPa， 368 MPa，均符合该标准中550 ℃环境该材质不小于187 MPa的要求。

因受检管样尺寸限制，仅对直管段侧母材按照GB/T 5310—2017《高压锅炉用无缝钢管》标准要求进行纵向试样室温夏比V型缺口冲击试验，加工规格为55 mm×10 mm×5 mm，12Cr1MoV管运行后的室温冲击吸收能量符合不小于40(KV2)/J(纵向)的标准要求。

采用台式布氏硬度计对取样管段进行布氏硬度检测，硬度检测部位为取样管横截面和外表面。试验选用直径2.5 mm硬质合金钢球，施加1.839 kN试验力，保载时间15 s，实测硬度采取HBW2.5/187.5，具体硬度检测结果见表3。

表3 布氏硬度检测结果 HB

依据DL/T 438—2016《火力发电厂金属技术监督规程》对于12Cr1MoV钢管材135～195 HB的硬度要求，受检管样硬度均符合标准要求，但外表面硬度值均低于横截面硬度值，直管段表面硬度降低相对明显，趋于标准下限。

2.4 组织性能

截取主蒸汽管样横截面镶嵌金相试样，采取4 %硝酸酒精溶液侵蚀，在MA200台式显微镜下分别采用不同倍数进行微观组织分析。

从直管管样的横截面和外表面观察，基体组织呈贝氏体+碳化物形态，贝氏体由晶界向晶内平行生长的扁平状的α-Fe铁素体，并在其间夹着断续的点状和短棒状碳化物组成的复相组织，表面碳化物呈分散分布的较大颗粒，贝氏体位向不明显，金相组织不良，不排除轧制工艺、热处理工艺中参数控制不当对取样位置管材表面金相组织的影响。

从弯头内、外壁横截面观察，基体组织呈铁素体+珠光体形态，珠光体区域已开始分散，仍保留原有的区域形态，部分碳化物呈条状、点状，试样内壁组织与外壁组织基本一致，依据DL/T 884—2019《火电厂金相检验与评定技术导则》中珠光体组织球化进行评定，为球化2级。