复杂环境下锅炉受热面的失效机理及寿命预测研究

【摘要】随着工业技术的发展,火电机组逐步向大容量、高参数方向发展,对锅炉受热面材料的要求更为严格。由于材质的使用不当和对受热面材料的高温失效特性的研究不足,导致高温对流受热面的爆管增多。在高温高压的环境下工作的受热面管道,除了承受复杂的多轴应力作用,同时在管道的外侧和内侧还存在磨损与氧化腐蚀的作用；因此,研究在复杂环境下高温管道的失效机理和进行管道的寿命评估,对于电站锅炉受热面的安全运行具有重要作用。在多轴应力下,对高温材料的蠕变失效机理及模型的研究还不是很充分,本文通过对铁素体钢T92进行单轴和多轴的蠕变实验,研究了在不同温度和不同多轴载荷下的材料力学行为,对材料的断口形貌和微观组织的变化进行分析,建立了多轴载荷与微观组织变化的定性关系；从断口形貌中,分析材料在长期多轴蠕变过程中,脆性与韧性之间的相互转换与多轴度的关系,从微观角度解释了T92的缺口增强现象。在模型研究方面,针对普通的蠕变模型无法描述在高温条件下,应力应变的对数关系呈现非线性的问题,提出了一种新的改进模型,并给出了模型参数的确定办法。通过有限元软件的二次开发,对改进模型进行了验证,并对T92钢的缺口增强现象进行了模拟。结果表明,文中的改进模型能够对缺口试样进行有效的蠕变寿命预测。管道内侧的氧化腐蚀是引起管道超温和爆管的重要因素之一,本文针对T24和P92钢在高温条件下的氧化皮的成型和脱落机理进行研究。分别在550℃和600℃,25MPa超临界水蒸汽中,针对无氧、100ppb、300ppb和2000ppb四种溶解氧浓度,对T24和P92钢进行了氧化实验研究。分析了蒸汽温度、金属Cr含量和溶解氧量对T24和P92钢氧化腐蚀速度的影响,并建立了对应氧化腐蚀模型。通过火电厂的实时监测系统进行数据通讯,对炉膛的进行实时的热力计算,求得实时的管道温度值；在此基础上,实现在对直管段或管道弯头的应力及蠕变变形计算,动态得到管道的蠕变寿命损耗。在化学水测量的基础上,对管道的氧化皮生长进行动态预测。结合离线监测数据,形成一整套对锅炉管道进行综合风险评估的信息管理平台,可对火电厂的锅炉受热面的检修进行合理的指导。
【作者】袁军；
【导师】徐鸿；
【作者基本信息】华北电力大学，热能工程，2014，博士
【关键词】复杂应力；氧化腐蚀；寿命评估；蠕变；超温；

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