電站鍋爐高溫受熱面蒸汽側(cè)氧化膜問題研究.pdf

1、電站鍋爐高溫受熱面蒸汽側(cè)氧化膜的存在會減小部件的有效承載厚度，引起管壁溫度上升，從而縮短部件的使用壽命。脫落后的氧化膜有可能在受熱管下部彎頭處沉積，阻礙蒸汽流動，導(dǎo)致發(fā)生超溫爆管事故;也有可能進入到汽機主汽閥本體，引起主汽閥門卡澀;還有可能被蒸汽攜帶進入汽輪機，對汽輪機部件造成固體顆粒侵蝕;脫落后的氧化膜還會造成汽水污染，影響汽水品質(zhì)。
　　 本文采用理論分析、數(shù)值模擬和實際運行相結(jié)合的方法，圍繞蒸汽側(cè)氧化膜問題從以下五個方面展

2、開了深入研究。
　　 (1)基于受熱面蒸汽側(cè)氧化膜的生長動力學(xué)和傳熱學(xué)基本理論，建立蒸汽側(cè)氧化膜的生長預(yù)測模型以及受熱管的傳熱分析模型。研究蒸汽側(cè)氧化膜生長過程中管壁溫度的變化，揭示蒸汽側(cè)氧化膜對管壁溫度的影響規(guī)律，在此基礎(chǔ)上提出了氧化膜“臨界超溫厚度”的概念，給出一種受熱面超溫運行的預(yù)測方法，用于預(yù)測由于蒸汽側(cè)氧化膜的不斷生長而導(dǎo)致管壁溫度超溫運行的時間。該方法既可以應(yīng)用于鍋爐受熱面的安全性評價，也可以為受熱面的設(shè)計選材提供理

3、論依據(jù)。
　　 (2)依據(jù)T91合金的高溫蠕變特性，建立T91受熱管蠕變斷裂壽命的計算模型，從蒸汽側(cè)氧化膜導(dǎo)致管壁溫度升高和增大部件受力兩方面定量分析蒸汽側(cè)氧化膜對受熱管蠕變斷裂壽命的影響。發(fā)現(xiàn)蒸汽側(cè)氧化膜導(dǎo)致部件蠕變斷裂壽命縮短的主要原因是管壁溫度升高，等效應(yīng)力增大屬于次要原因;受熱管的蠕變斷裂壽命隨蒸汽側(cè)氧化膜厚度的增加呈拋物線減小，且隨管子熱負(fù)荷的增加，蒸汽側(cè)氧化膜對受熱管蠕變斷裂壽命的影響程度加劇;蒸汽側(cè)氧化膜對外徑較小

4、的厚壁管子的蠕變斷裂壽命影響較大。研究表明在高溫受熱面的設(shè)計中應(yīng)該合理考慮蒸汽側(cè)氧化膜對部件蠕變斷裂壽命的影響。
　　 (3)建立穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力有限元分析模型，對機組降負(fù)荷過程中受熱管蒸汽側(cè)氧化膜內(nèi)的熱應(yīng)力進行計算和分析。鑒于鐵素體合金和奧氏體合金的熱膨脹系數(shù)有明顯差異，文中分別對以T91合金為代表的鐵素體合金和以TP347H為代表的奧氏體合金進行了計算分析。揭示了機組降負(fù)荷過程中兩種合金管蒸汽側(cè)氧化膜內(nèi)熱應(yīng)力的變化規(guī)律，為鍋爐高溫

5、受熱面的設(shè)計和運行控制系統(tǒng)優(yōu)化提供了重要依據(jù)。
　　 (4)建立瞬態(tài)熱應(yīng)力有限元分析模型，確定不同蒸汽溫度擾動速度下蒸汽側(cè)氧化膜內(nèi)熱應(yīng)力的響應(yīng)特征。分別對鐵素體合金（以T91合金為代表）和奧氏體合金（以TP347H為代表）進行了計算分析。計算發(fā)現(xiàn)，兩種合金管蒸汽側(cè)氧化膜內(nèi)環(huán)向應(yīng)力和軸向應(yīng)力在響應(yīng)過程中都存在峰值，且蒸汽溫度降低速率越大，擾動過程中氧化膜內(nèi)環(huán)向應(yīng)力和軸向應(yīng)力的增大速度就越快，擾動結(jié)束時所達到的峰值就越高。這些特征表

6、明，為防止蒸汽側(cè)氧化膜脫落，在運行過程中必須嚴(yán)格限制蒸汽溫度的變化速率。
　　 (5)提出了一種基于蒸汽側(cè)氧化膜臨界脫落厚度的安全性評價方法。該評價方法依據(jù)蒸汽側(cè)氧化膜的臨界脫落厚度，利用現(xiàn)有的蒸汽側(cè)氧化膜生長預(yù)測模型，對蒸汽側(cè)氧化膜發(fā)生脫落的時間進行預(yù)測，并將預(yù)測得到的脫落時間作為一個評價指標(biāo)，對受熱面的安全性進行評價。該方法可以與傳統(tǒng)的基于蠕變分析的安全性評價方法相結(jié)合，實現(xiàn)對高溫受熱面的綜合評價。當(dāng)受熱面蒸汽側(cè)氧化膜脫落問