王凤
（贵州黔桂发电有限责任公司 553531）
摘要：锅炉是火电厂生产工作的重要部分了，它的使用正确如否，直接影响企业的原材料和锅炉的使用效率，本文分析了影响锅炉使用的因素以及锅炉管道的材料选择，分析了具体的锅炉维护的策略和方法。
关键词：火电厂 锅炉 运行与维护
锅炉管道在高温、高、中压条件下运行，管道的运行寿命会受到管道金属材料的高温力学性能、管道本身的应力分布的状态、锅炉主蒸汽的运行参数等影响。因此，从这几个方面对管道可靠运行的影响进行分析是非常重要的。
1 影响锅炉管道可靠运行的因素分析
由于锅炉管道一般是在高温度、高压力的环境下运行的，其以蠕变为主要失效方式。管道的材料产生蠕变不但与管道本身的应力存在直接关系，也受到环境温度、材料组成成分、管道的组织结构等多种因素的影响。因此，对于锅炉管道的运行可靠性和运行寿命的影响主要有两点：一是主蒸汽的运行参数，二是管道结构差异。
为有效评估那些已在超期运行的锅炉管道的寿命，首先需要从宏观上把握其存在的缺陷，并详细了解管道的基本情况，截取具有代表性的部分作为试验素材。对于易损耗部分来说，管道的危险部位位于锅炉蒸汽出口的水平段处（也称监督段部位），一般以监督段为试验管材；对于发生了失效事故的管道，则需要对整个管道做全面细致的普查，从而查找出管段的薄弱部位，将该部位的管段作为试验素材。本试验材料位于监督段部位的450mm长的直管段，其中间部位有焊缝。
通过研究管道在使用中组织和性能的变化，对锅炉管道进行科学的寿命评估，需要进行以下实验：一是管材成分分析，二是机械性能拉伸试验，三是X射线衍射分析，四是金相分析，五是金属高温拉伸性能测试。对锅炉管道的运行寿命有影响的因素分内外两种，因此在针对锅炉管道的寿命进行预测的时候，需要获取到管道在工作状态下的所有参数，同时结合管道的历史检验记录、对管道的蠕胀测量的记录等。
2主蒸汽参数对锅炉可靠运行的影响分析
通过对锅炉管道蠕变失效的分析，当对应力和温度进行改变时，蠕变阶段的特性保持不变，但不同阶段的持续时间不一样。伴随着应力的增加或温度的升高，蠕变的第二阶段的时间变得很短甚至消失；与此相反，当应力减小或温度降低，蠕变的第二阶段的时间变长，但是正常的试验条件下并不会发生断裂的危险。
图1 P91钢在不同应力状态下的蠕变试验曲线（温度为625℃）
图1为温度625℃时P91钢在不同的应力状态下的蠕变试验曲线。该曲线表明，伴随着应力的增加蠕变的速率产生了明显的变化。伴随着温度的升高，T23钢的持久强度则更低；而温度越低，其强度越高。这也说明了材料的抗高温蠕变的能力与温度是反比关系。同时，锅炉主蒸汽的压力状态和温度情况决定了管道材料的应力和温度。因此，主蒸汽的压力和温度状况与管道的运行可靠性和运行寿命是反向关系。
3、 材料特性对锅炉可靠运行的影响分析
金属材料的持久强度是指材料在不同温度和作用时长内能够发生断裂的具体应力值，是材料抵抗断裂能力的具体体现。而材料的持久强度决定了其抗高温的蠕变性能，因此对于高温承压部件来说持久强度高具有非常好的抗蠕变的性能。
图2所示为在不同的温度下P91、P92和X20CrMoV121三种钢材在105小时时长之内具有的持久强度。主蒸汽参数较高的机组需要应用持久强度高的锅炉管道材料，即在工作温度下锅炉管道材料的持久强度在105小时能够达到90~100MPa。
图2表明P92钢在试验温度为620℃的时候，时间持续105小时的持久强度能够达到100MPa。可以看出P92钢的抗高温蠕变的性能要明显优于X20CrMoV121和P91。因此，锅炉管道材料本身的高温力学特性是管道运行可靠性及耐久性的重要决定因素。
而直径和壁厚都不相同的直管道的应力分布状况也是不同的，壁厚和管道直径的比例关系决定了管道的应力分布状态。比如弯管和直管的结构区别、弯管的制造过程中产生的椭圆度以及造成的内外弧壁厚度不均的情况，导致弯头的应力分布与直管有很大的差异。因此，锅炉管道的应力分布差异对其运行寿命有重要的影响。
图3锅炉管道的两种失效可能性
1）蠕变失效的可靠度
由于锅炉管道的运行环境是高压力和高温度的，因此假设管道的应力低于材料本身的持久性强度，此时管道发生失效的可能性几乎为零，可以通过应用matlab程序做测算。首先假设材料是12Cr1MoV钢，处于正常工作状态下，图4的纵轴为可靠度，横轴为运行时间，从而分析寿命与可靠度的关系。5万小时对应的可靠度是0.999995；8万小时对应的可靠度是0.997928；10万小时对应的可靠度是0.991435；15万小时对应的可靠度是0.94；20万小时对应的可靠度是0.82。得出锅炉管道寿命与可靠度的对应关系曲线图，图4记录了这种关系，即锅炉管道在10万小时之内的可靠度在0.995以上，但是20万小时持续运行时，其可靠度已经下降到了0.83。
图4 20万小时内寿命与可靠度的关系曲线
2）瞬间失效可靠度
在锅炉管道没有缺陷和裂纹时，当管道的最大应力达到了材料本身的最大屈服上限的状态时，就会导致瞬间失效的情况发生，以下实验假设在正态分布情况下计算屈服极限的状态值。
假设锅炉管道的可靠度为R，而以R1代表蠕变失效的可靠度，以R2代表瞬时失效的可靠度，那么当R1大于R2时，会有两种情况发生，如图5所示。一种情况是锅炉管道的可靠度R等于瞬时时效的可靠度R2，此时评价锅炉管道的可靠性以两种可靠性最低的因素来衡量，由图5可以得出蠕变失效可靠度是影响锅炉管道寿命的主要因素，相反如果锅炉管道的可靠性R等于蠕变时效的可靠度，则结果相反，得出瞬时失效的可靠度不是导致锅炉管道失效的主要原因。
图5 锅炉管道寿命可靠度
通过考虑了弯头本身以及实际运行过程当中的不确定性，以及通过对目前正在使用的和已经作废的构件做综合计算分析可以确定锅炉管道的运行寿命。当构件的运行可靠度低于0.99时，则认为这一寿命期是不可靠的。
参考文献：
[1]沈丰田.浅析电厂锅炉的运行与维护[J].科技传播，2011（3）.
[2]陈雷.电厂锅炉结渣原因及预防[J].工业锅炉技术，2011（6）.
论文作者:王凤
论文发表刊物:《电力设备》2016年第11期
论文发表时间:2016/8/22
标签：管道论文; 锅炉论文; 可靠论文; 应力论文; 寿命论文; 温度论文; 材料论文; 《电力设备》2016年第11期论文;