探析火力发电高温部件损伤检测与寿命评估

探析火力发电高温部件损伤检测与寿命评估

马立虎

马立虎(大唐甘谷发电厂741000)

摘要：本文主要就火力发电设备高温部件中金属损伤的检测方法以及其损伤的形式进行较为系统化的介绍，并且就检测非破坏性损伤的具体步骤方法以及剩余寿命具体的估算方法进行较为详细的参数，笔者使用空洞面积法以及综合分析法对某场锅炉炉管以及快装锅炉剩余的使用寿命进行计算。

关键词：损伤检测高温不降火力发电剩余寿命

一、前言火力发电机组在工作过程中，因为强迫停机而导致火力发电设备高温部件内部发生一定程度的金属损伤，这使得高温部件的使用寿命以及性能极大地降低。就目前而言，许多工作中的火力发电设备高温部件实际使用已经超过了设计时的使用寿命，但是仍然在生产线上继续使用。为使得设备得以安全运行，目前最为常用的损伤积累检测和剩余寿命评估技术方法有：应力解析法；破坏性试验法；非破坏性损伤检测法等。

二、火力发电设备高温部件中金属损伤的检测方法以及其损伤形式（一）高温蠕变损伤以及相关检测方法火力发电厂高温部件长期在高温环境下工作时。其金相组织随着时间的延长发生变化，即使部件的工作应力低于该温度下金属材料的弹性极限，但随着工作温度的延长，还是会发生缓慢的塑性变形(蠕变)，主要表现为金属材料组织珠光体的球化、石墨化、碳化物的析出和形成蠕变空洞。珠光体球化是在高温作用下因原子扩散而使珠光体片状组织变成球状组织。在这种球化过程中，固溶于基体的合金元素发生贫化，同时发生晶内和晶界上碳化物的析出、聚集和碳化物类型的改变，使材料的持久强度降低。蠕变空洞率是评定火力发电厂高温部件剩余寿命的一个主要技术指标之一蠕变损伤检测可采用大工件显微镜现场拍片和AC纸现场拍片2种。大工件显微镜用于高空检测时较繁琐且危险，所以目前主要用AC纸现场覆膜进行蠕变损伤的检测。具体方法是：将检测部位用金相砂纸磨光，用丙酮清洗磨光表面．用腐蚀液腐蚀，将AC纸贴在检测部位，约10rain后取下，用专用夹夹好，送到实验室喷碳，再用光学显微镜或扫描显微镜进行观察，根据金属材料的碳化物析出和珠光体球化程度对蠕变损伤进行评估。

（二）低周疲劳损伤以及相关检测方法火力发电设备高温部件在实际运行过程中，可能会发生次数较多的关机以及开机，或者是因为温度较大的波动，使得热交变载荷发生，容易在缺陷部位以及应力比较集中地部位造成一定程度的高温蠕变以及疲劳裂纹，从而使得整个金属材料本身的机械性能一定程度的降低。

对于高温部件发生的低周疲劳损害所造成的损害程度进行检测的办法，一般情况下是首先对危险部位（温度最高以及压力最大）进行确定，然后在根据标准工作温度以及压力，并结合设备本身的运行方式，对部件本身的内外应力进行计算，并以此计算结果为最终的损害程度判定依据。

（三）腐蚀性损伤以及相关检测方法火力发电设备高温部件始终在腐蚀的环境下工作，导致整个部件高温氧化以及发生脱碳、氧蚀等受腐蚀现象，并且这些腐蚀现象相互发生将导致设备的使用寿命极大程度的降低。

（1）高温氧化以及脱碳所谓的高温氧化以及脱碳是火力发电设备高温不降在工作过程中最容易见到的腐蚀形式的一种，随着工作环境中温度的不断上升，使得整个高温不降表面受到的氧化速度以及氧化的程度得到一定程度的增加。当温度在300°c以上的时候，整个部件的表面就会出现一层氧化皮，但温度在570°c以上的时候，整个部件所受到的氧化效果将更加的强烈，并且形成极易松散的氧化铁，并且容易被剥落，使得曾格格设备内外壁厚度极大地减少，当温度保持在700°c以上的时候，伴随氧化的发生，还会致使发生极为严重的脱碳，使得整个部件的机械性能极大程度的降低，尤其是整个的抗疲劳程度的降低，对于这种氧化腐蚀的检测，一般情况下是通过超声波仪器对整个内外壁的厚度进行检测，其次再对印度以及金相组织发生的变化进行检测。

（2）渗碳渗碳与脱碳的意义刚好相反，如果高温不降在高温渗碳环境中被使用，特别是针对不锈钢而言，如果在渗碳环境中使用时极易有渗碳现象发生。对于渗碳的检测而言，一般情况下采用涡流法，同样也可以对材料的金相组织变化以及材料表面发生的硬度变化进行检测，并且就检测结果得出相应的评估结果。

（3）氧蚀在火力发电厂中，锅炉汽包以及蒸汽管道内部存在的水真气可以再高温的作用下，发生一系列的化学反应，从而分解成为氢氧化合吴直，如果有氢含量过多，则可能渗透到高温部件的表面，并且逐渐的扩散到钢中以及金属材料的内部，并且经过渗碳反应而最终形成甲烷（CH4），并且逐渐的聚集，聚集位置一般集中在位错或者是晶界部位的缺陷处，从而导致整个金属材料本身的韧性以及塑性快速的下降，如果在外载荷发生作用的情况下，还有可能导致部件局部位置发生裂纹，或者是高温部件的表面有小泡鼓出，而最终导致火电设备失效甚至是破坏，对于火力发电设备高温部件相关的耐氢腐蚀性能，一般情况下通过Nelsom曲线进行相关判定。

三、火力发电设备高温部件剩余寿命具体的估算方法（一）使用寿命一般评估办法对于火力发电设备高温不降一般的寿命评估方法为：①根据不见得设计参数以及实际的工况条件对危险部位进行确定；②运用相关的数据迷信对实际安全使用时间进行计算；（二）空洞面积法空洞面颊发是用来对高温部件使用寿命进行评估的新技术，其本身具有一定的低消耗性（费用消耗低）、高精度性以及简便易操作性等特点。其主要是通过有网格目镜的显微镜对试样进行观测，并且以带有网格节点（带有一定的面积）作为网格测试的计点，对于蠕虫空洞而言，其占据的节点个数为Ga，在这些空洞的节点个数中，如果是落在了网格的边界位置，应当计算为0.5个节点，在进行计算的过程中，其公式为：Ga：Gr=A→代入至相应的剩余寿命相关的计算公式中。

（注：Gr为网格节点的个数总和；A为空洞面积率；）（三）综合分析法综合分析法是目前我国提出的对于高压管道（压力容器以及超期运行）寿命评估的有效方法。其主要步骤为：①进行普遍检查，如果发现被检查部件的表面出现了缺陷情况，则继续使用超声波对管炉以及管道的内外壁厚度进行测量；②对曾格格不见得接卸性能以及金相组织进行检测；③综合上述两种评估结果，做出最终的综合评定结果。

四、小结火电发电设备高温部件本身的服役条件具备一定程度的复杂性以及恶劣程度，这要导致了相关设备失效形式的多样性，同样也一定程度的影响了整个设备在状态检测以及寿命评估过程中存在一定的误差，相应的结果也丧失了一定的准确性。对于金属材料相关的非破坏性疏散对应的检测方法以及对剩余的寿命评估技术的研究都比较可靠、并且可以对火力发电设备高温部位实际的运行状态以及相对应的使用寿命进行较为准确的评估。

综合分析法以及应用空洞面法经过长久以来的使用实际情况，证明了他们本身具有的低消耗性（费用消耗低）、高精度性以及简便易操作性等独特之处。

参考文献：[1]史永红.SL_Ⅱ型裂解炉炉管材料性能试验与剩余寿命评估[D].2009.124-125[2]魏奇峰.基于模态分析的土木结构健康监测方法与系统研究[D].2006.133-135[3]刘学.多轴应力状态下高温部件蠕变损伤的数值模拟及寿命研究[D].2006.221-232