（望亭发电厂 江苏苏州 215000）
摘要：某厂14号炉于1989年12月投产，已累计运行约17万小时。主汽温度540℃，压力16.7MPa。依据《DL/T 438火力发电厂金属技术监督规程》、《DL/T 654火电机组寿命评估技术导则》和《DL/T 999电站用2.25Cr-1Mo钢球化评级标准》等相关标准的要求，需对该主蒸汽管道监督段（10CrMo910）进行现场检测，给出材质状态评价，为主蒸汽管道金属监督提出相关建议，确保电厂安全运行。
关键词：某电厂10CrMo910（P22）；再热热段材质；寿命分析
1.前沿
10CrMo910钢属联邦德国珠光体耐热钢，相当于我国2.25Cr-1Mo珠光体耐热钢，目前这种钢在英国、美国、德国和日本等已广泛用于火力发电锅炉、汽轮机组蒸汽管道以及阀门等场合。1964年原水电部从联邦德国进口了大批大口径不同壁厚的10CrMo910无缝钢管，开始了我国火力发电厂使用这种钢的历史。这种钢具有良好的加工工艺性能和较好的焊接性能。该钢对热处理不太敏感，能在大截面上得到较均匀的性能，持久塑性好，运行开始阶段蠕变速度较快，但运行1~2×104h后才进入正常蠕变，延伸率达到3%~5%时才开始蠕变第三阶段。该钢的淬透性大，有一定的焊接冷裂倾向，其热强性能比12Cr1MoVG钢低。
10CrMo910钢在较高温度和应力的长时间作用下，该钢会出现碳化物析出现象。目前这种钢在英国、美国、德国和日本等已经成为一种很成熟的主蒸汽管道材料，己积累了大量电厂运行经验和常、高温力学性能试验数据：Ac1=780℃、Ac3=870℃、Ms=465℃。
2.实验内容
2.1宏观尺寸检验
对再热热段锅炉出口至大小头前管道壁厚测量值为48.65~61.98mm，主汽监督段锅炉出口管道壁厚测量值为82.85~91.83mm，实际测量壁厚均大于理论壁厚，符合相关标准的要求。
2.2硬度检验
硬度检验结果表明，再热热段锅炉出口前至大小头直管的硬度分布范围为HB131~148，弯头的硬度分布范围为HB135~147，焊缝的硬度分布范围为HB158~228；主蒸汽监督段锅炉出口前直管的硬度分布范围为HB128~140，弯头的硬度分布范HB130~139，焊缝的硬度分布范HB178~195，硬度值均满足DL/T438《火电发电厂金属技术监督规程》对10CrMo910（12Cr2MoG）钢的硬度控制范围的要求。
2.3金相检验
图1 炉左侧再热热段现场检验位置
金相检验结果表明，各部位微观组织为贝氏体+铁素体，除再热热段锅炉出口至大小头前管道左侧弯头W1外弧和直段Z3球化级别在3.5级外，其余检验部位的球化级别为2.5~3.5级，材质球化程度为初中期，球化程度良好，未发现严重球化。
3、再热热段管道寿命评估
10CrMo910钢属于2.25Cr-1Mo珠光体耐热钢，参照GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》对于10CrMo910（12Cr2MoG）钢的金相组织要求应为铁素体+粒状贝氏体或铁素体+珠光体或铁素体+粒状贝氏体+珠光体，允许存在索氏体，晶粒度级别4~10级，级差不超过3级。由现场金相和硬度检验结果表明，再热热段管道的左侧直段和弯头材质老化比较严重，因此有必要对再热热段管道的直段和弯头进行寿命评估。
3.1 持久强度
由于无蠕变持久试验数据，参照某电厂金相组织相同、球化等级相同、硬度接近的P22材质的蠕变持久曲线来对P22再热热段直段和弯头进行寿命评估，持久强度蠕变表1所示。
表1 P22钢蠕变持久强度
3.2 工作应力计算
3.2.1 直管工作应力计算
依据DL/T 940-2005“火力发电厂蒸汽管道寿命评估技术导则”，直管内压折算应力的常用计算公式为：
式中：P——额定工作压力，1.15×3.9MPa
Do——管道外径，660mm。
Sm——管道壁厚，47.25mm。
a——考虑腐蚀、磨损和机械强度附加壁厚，一般情况取0。
Y——在538℃以上取0.7。
分别将管道承受压力，壁厚和外径等有关数据代入上式，可得管道内压折算应力为：
σθ = 28.2MPa
3.2.2 再热热段弯头的工作应力
采用DL/T 940-2005“火力发电厂蒸汽管道寿命评估技术导则”推荐的环向应力公式计算再热热段弯头的工作应力，弯头部位的最大环向应力σθmax的计算公式为：
式中：
e——弯头圆度；
P——计算压力，MPa
DO，Di——分别为管道外、内直径，㎜
S——管道最小壁厚。
v——泊松比，0.3
E——材料弹性模量，1.766×105MPa
分别将标准管道壁厚和测量最小壁厚等有关数据代入上式，可得弯头内压折算应力均为：σθ =25.3MPa
表2 管道折算应力的计算结果
3.3 蠕变持久寿命评估
根据DL/T 654—2009《火电机组寿命评估技术导则》对以蠕变为主要失效方式的部件，可利用等温线外推法进行寿命评估。
根据材料的持久强度曲线 
，令τ1=105 h、τ2=104 h、τ3为σ3=nσθ下的断裂时间，σ1、σ2分别为τ1、τ2所对应的持久强度，则：
蠕变持久剩余寿命评估结果见表3。
表3 再热热段直管和弯头寿命评估结果
4、结论
（1）对再热热段锅炉出口至大小头前和主蒸汽监督段锅炉出口管道壁厚尺寸测量发现，实际测量壁厚均大于理论壁厚，符合相关标准的要求。
（2）现场硬度检验结果表明，硬度检验结果表明，再热热段锅炉出口至大小头前直管的硬度分布范围为HB131~148，弯头的硬度分布范围为HB135~147，焊缝的硬度分布范围为HB158~228；主蒸汽监督段锅炉出口前直管的硬度分布范围为HB128~140，弯头的硬度分布范围为HB130~139，焊缝的硬度分布范围为HB178~195；均满足DL/T438《火电发电厂金属技术监督规程》对10CrMo910（12Cr2MoG）钢的硬度控制范围的要求。
（3）现场金相检验结果表明：再热热段锅炉出口至大小头前左侧W1外弧和左侧Z3处球化级别为3.5级，其余检验部位的球化级别均不大于3级。建议后期运行中，严格按照DL/T438要求，对球化程度在3级以上的部位，加强监督，在后期检修中重点关注，进行跟踪检验。另外，由于该机组已累计运行约17万小时，根据DLT 654-2009《火电机组寿命评估技术导则》及DL/T 940-2005《火力发电厂蒸汽管道寿命评估技术导则》，对主汽割管，进行全面材质评价及寿命评估，从而获得更为精确的剩余寿命。
论文作者:陈建生
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/11
标签：硬度论文; 管道论文; 弯头论文; 寿命论文; 金相论文; 应力论文; 锅炉论文; 《电力设备》2018年第20期论文;