罗泾燃机发电厂1号机组余热锅炉受热面管氧化层检测和当量寿命计算

柏 盛，洪玮鑫，陆 云

(1.上海电力股份公司罗泾燃机发电厂，上海 200942； 2.上海申能奉贤热电有限公司，上海 201413；3.国网上海市电力公司电力科学研究院，上海 200437)

火电机组受热面部件长期在高温、高压、有介质的工况下工作，服役条件极其恶劣。随着运行时间的延长，受热面部件材料会发生蠕变损伤，材料的微观组织发生老化，从而导致材料的力学性能劣化，强度、塑性和韧性下降，脆性增加，严重时会导致部件发生突然破坏[1]。因此开展锅炉受热面监督检测技术和寿命评估技术研究及应用，是保障机组安全运行的一项重要工作，对确保机组安全经济运行有着重要的意义。此外，随着服役时间的延长，运行超过10万h以上的机组会逐年增加，这些机组普遍存在着受热面管老化和机组调峰频繁启停等问题，所以对这些老机组及时开展锅炉受热面监督检测和寿命评估管理工作是保障其安全经济运行的重要措施。

1 机组介绍

罗泾燃机发电厂1号机组为杭州锅炉集团有限公司制造，型号为Q1246.6/536.9-198.6(53.1)-8.06(0.313)/511.9(181)的余热锅炉；最高允许工作压力为9.62 MPa，高压蒸汽量为198.6 t·h-1。2013年投入商业运行至今已累计运行2861.9 h，1号机组投运至今已累计运行约15 000 h。额定工况主要参数具体如下。

(1)高压过热器2出口蒸汽压力 9.62 MPa(g)。

(2)高压过热器2出口蒸汽温度 543 ℃。

(3)高压过热器2 管径：φ38.1 mm×3.81 mm，材料T22合金钢管；纵向排数2排，横向排数66排，总数量132根管屏，距离集箱两端各有500 mm。

(4)高压过热器1出口蒸汽压力 9.62 MPa(g)。

(5)高压过热器1出口蒸汽温度 548/518/454 ℃。

(6)高压过热器1 管径：φ38.1 mm×3.81 mm，材料T22/T11合金钢管；纵向排数6排，横向排数76排，总数量456根管屏，距离集箱两端各有500 mm。

高压过热器进口集箱尺寸φ273.1 mm×28.58 mm，材料P22合金钢管；设计温度507 ℃。

高压过热器出口集箱1尺寸φ250 mm×21.44 mm，材料P91合金钢管；设计温度529 ℃。

高压过热器出口集箱2尺寸φ200 mm×25.40 mm，材料P91合金钢管；设计温度541 ℃。

根据现场具体情况检测对象为高压过热器1和高压过热器2，其具体参数如下：高压过热器1进口段管子材料为T11钢，蒸汽压力为9.62 MPa，规格为φ38.1 mm×2.667 mm；高压过热器2进口段管子材料为T22钢，蒸汽压力为9.62 MPa，规格为φ38.1 mm×3.81 mm。

2 工作内容

1号锅炉正式投运至今已运行约15 000 h，为了解并掌握高温过热器受热面管在高温运行下的材质安全状况，本项目进行了高温过热器管内壁氧化皮厚度测量、金属壁厚测量工作，根据所测量内壁氧化皮厚度及金属壁厚、运行时间等参数，进行了当量温度、运行应力的计算，并对其寿命进行了评估计算。

2.1 资料收集

收集有关锅炉及拟评估部件的设计、安装、运行、维修、检验、材料等有关的数据与资料，主要包括机组运行时间、启停次数、超温超压时间段、超温超压累计时间、缺陷记录、爆泄情况、缺陷消除率等。

2.2 金属壁厚测量

对高压过热器管屏金属管壁厚度进行测量，以评定管壁减薄状况及管壁应力分布状况。在测量前采用专用打磨器具，将测点打磨至露出金属光泽，并要求工件表面具有一定的平整度，采用专用的耦合剂，使用测厚仪进行金属壁厚测量。

2.3 内壁氧化皮厚度测量

对1号余热锅炉高压过热器1和高压过热器2不同部位的管屏弯头背部进行精确测量，以评定管段使用温度和超温状况。所测量的具体部位如下。

(1)高温过热器1中位置a，b，c，d处。

(2)高温过热器2中位置a，b处。

背对烟气方向视图(从2号机组向1号机组方向视图)如图1所示。面向烟气方向视图(从1号机组向2号机组方向视图)如图2所示。

2.4 使用仪器和分析软件

使用的仪器和分析软件具体如下。

(1)超声波脉冲发生/接收器：Panametrics 5072PR。

(2)超声波探头：横波20 MHz。

(3)示波器：Tektronix TDS420A。

(4)分析软件：美国APTECH公司TUBETECH Version M98E。

3 检测结果

3.1 高温过热器1检验结果

对高温过热器1共计44根管，每根管进行1点～4点测量，共计测量79点。视现场具体情况，部分管排测4点。

本次测量的高温过热器1内壁氧化皮厚度均≤0.15 mm，其计算寿命均>100 000 h。

3.2 高温过热器2检验结果

对高温过热器2共计76根管，每根管进行2点测量，共计测量152点。

本次测量的高温过热器2内壁氧化厚度均≤0.25 mm，必于0.20～0.25 mm共计33点，其中3根管的计算寿命<5 000 h。

内壁氧化厚度分布规律如下。

(1)内壁氧化厚度≤0.15 mm的管子共计82点，占比为54%。

(2)内壁氧化厚度>0.15 mm且<0.20 mm的管子共计37点，占比为24%。

(3)内壁氧化厚度>0.20 mm且≤0.25 mm的管子共计33点，占比为22%。

寿命评估分布规律如下。

(1)寿命评估>100 000 h的管子共计36根，占比为47%。

(2)寿命评估>80 000 h且≤100 000 h的管子共计10根，占比为13%。

(3)寿命评估>5 000h且≤8 000 h的管子共计27根，占比为36%。

(4)寿命评估≤5 000 h的管子共计3根，占比为4%。

4 结语

本次测量的高温过热器1内壁氧化皮厚度均≤0.15 mm，其计算寿命均>100 000 h。本次测量的高温过热器2内壁氧化皮厚度中，厚度>0.2 mm的管子占比为22%，其中3根管的计算寿命<5 000 h。

依据DL/T438—2016《火力发电厂金属技术监督规程》第9.3.15条款的规定“锅炉运行5万h后，对壁温高于等于450 ℃的过热器管和再热器管应取样检测管子的壁厚、管径、硬度、内壁氧化层厚度、拉伸性能、金相组织及脱碳层”，DL/T 939—2016《火力发电厂锅炉受热面管监督技术导则》第6.6.6中规定“累计运行时间达到50 000 h后，应结合机组检修安排，对铁素体钢高温过热器管内壁氧化皮厚度进行抽查；当氧化皮厚度超过0.5 mm时，应对管子材质进行状态评估，之后的每次A修均应进行检查”，建议如下。

(1)在以后检修中，加强高温过热器2的管子内壁氧化皮厚度监督工作。

(2)对计算寿命<50 000 h的3根管，6年内(一个大修期内)进行一次复测，监控其内壁氧化皮厚度的发展情况；如没有明显变化，应加强监督检查；如达到0.5 mm时，应割管取样，检查其管径、硬度、内壁氧化层厚度、拉伸性能、金相组织老化情况并进行状态评估。

(3)鉴于本次检测1号机组高压过热器管屏氧化层和寿命评估的情况，针对个别管排存在寿命不足的现象，建议2号机组高压过热器开展相同的氧化层检测和当量寿命的计算工作(视现场具体情况，拆除2号机组高压过热器1、2出口集箱处的挡板，对出口集箱处的管排进行检测)。