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        電站鍋爐過(guò)熱器出口集箱評(píng)估

        2021-11-23 21:32:22何澎鄧學(xué)民
        商品與質(zhì)量 2021年34期
        關(guān)鍵詞:孔邊集箱筒體

        何澎 鄧學(xué)民

        遼寧省本溪市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所 遼寧本溪 117000

        隨著工業(yè)的發(fā)展,高溫、高壓鍋爐使用日益廣泛,但在長(zhǎng)期高溫、高壓、介質(zhì)腐蝕和載荷的影響下,鍋爐極易產(chǎn)生缺陷引發(fā)事故,一旦發(fā)生事故,會(huì)造成人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。本文依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),利用科學(xué)、有效的檢驗(yàn)手段,對(duì)鍋爐過(guò)熱器出口集箱進(jìn)行安全評(píng)估,為設(shè)備的安全運(yùn)行提供有力的技術(shù)支撐,避免事故發(fā)生,節(jié)約企業(yè)成本,提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

        1 基本情況

        某發(fā)電廠電站鍋爐(以下簡(jiǎn)稱(chēng)該鍋爐),型號(hào)為YG-35/3.82-Q,為燃?xì)獬袎赫羝仩t。該鍋爐于2000年9月投產(chǎn)運(yùn)行,至今已運(yùn)行20年,累計(jì)運(yùn)行時(shí)間約17.9萬(wàn)小時(shí)。根據(jù)DL/T438-2016《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》、GB/T30580-2014《電站鍋爐主要承壓部件壽命評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》、DL/T654-2009《火電機(jī)組壽命評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》等標(biāo)準(zhǔn)的要求,需對(duì)該鍋爐主要承壓部件進(jìn)行壽命評(píng)估。

        1.1 過(guò)熱器出口集箱結(jié)構(gòu)參數(shù)

        該鍋爐過(guò)熱器出口集箱(以下簡(jiǎn)稱(chēng)集箱)為圓筒結(jié)構(gòu),兩端為平板封頭。

        集箱筒體為無(wú)縫管,規(guī)格為Φ273×16mm,材質(zhì)為12Cr1MoV;端蓋為平板封頭,厚度為90mm,材質(zhì)為15CrMo鍛件;集箱底部與過(guò)熱器管束相連,管束規(guī)格為Φ42×3.5mm,共39根,材質(zhì)為15CrMoG。

        工作溫度:430~450℃;

        設(shè)計(jì)溫度:450℃;

        工作壓力:3.4~3.8MPa;

        設(shè)計(jì)壓力:3.82MPa。

        1.2 鍋爐概況

        該鍋爐由濟(jì)南鍋爐廠于1999年10月建造,由東電一公司于1999年11月安裝,2000年9月投入運(yùn)行,至2021年2月累計(jì)運(yùn)行178992小時(shí)。該鍋爐額定蒸發(fā)量為35t/h,額定工作壓力為3.82MPa,額定出口工作溫度450℃。運(yùn)行過(guò)程中,集箱的工作溫度在430~450℃范圍之間波動(dòng),工作壓力在3.4~3.8MPa范圍內(nèi)波動(dòng);總的啟停次數(shù)約240次。

        2 壽命評(píng)估工作內(nèi)容及評(píng)估依據(jù)

        本次評(píng)估主要工作內(nèi)容有:宏觀幾何檢驗(yàn)、厚度檢驗(yàn)、硬度檢驗(yàn)、化學(xué)成分檢驗(yàn)分析、微觀組織金相檢驗(yàn)分析、焊接接頭無(wú)損檢測(cè)、強(qiáng)度校核與應(yīng)力分析、蠕變壽命估算、超標(biāo)缺陷安全評(píng)定等等[1]。

        壽命評(píng)估主要依據(jù):①該鍋爐本體的集箱的設(shè)計(jì)資料、安裝資料、及運(yùn)行說(shuō)明。②本次檢驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告。③TSGG7002-2015《鍋爐定期檢驗(yàn)規(guī)則》。④GB/T35013-2018《承壓設(shè)備合于使用評(píng)價(jià)》。⑤DL/T438-2016《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》。⑥GB/T30580-2014《電站鍋爐主要承壓部件壽命評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》。⑦DL/T654-2009《火電機(jī)組壽命評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》。⑧DL/T940-2005《火力發(fā)電廠蒸汽管道壽命評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》。⑨GB/T19624-2019《在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》。

        3 檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果分析

        本次評(píng)價(jià)進(jìn)行的檢驗(yàn)檢測(cè)工作有厚度檢驗(yàn)、硬度檢驗(yàn)、化學(xué)成分檢驗(yàn)分析、微觀組織金相檢驗(yàn)分析、焊接接頭無(wú)損檢測(cè)等。

        3.1 厚度檢驗(yàn)結(jié)果

        對(duì)集箱的筒體和封頭進(jìn)行厚度測(cè)量。筒體部位的最小厚度為15.47mm;封頭部位的最小厚度為87.77mm。本次應(yīng)力計(jì)算則以這兩個(gè)實(shí)測(cè)厚度為依據(jù)。

        3.2 化學(xué)成分檢驗(yàn)結(jié)果

        對(duì)集箱筒體、封頭和焊縫部位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)光譜檢驗(yàn),檢驗(yàn)結(jié)果表明:筒體其化學(xué)成分均符合12Cr1MoVG材質(zhì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求;端蓋符合15CrMo鍛件材質(zhì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求;焊材為R307材質(zhì),符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

        3.3 硬度檢驗(yàn)結(jié)果

        對(duì)集箱筒體母材、焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)硬度檢驗(yàn),檢驗(yàn)結(jié)果其布氏硬度值均符合相應(yīng)材質(zhì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。

        3.4 焊接接頭無(wú)損檢測(cè)

        對(duì)集箱兩端部位的焊縫進(jìn)行了表面和內(nèi)部的無(wú)損檢測(cè)。采用磁粉和滲透兩種方法對(duì)所有焊縫進(jìn)行了表面檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果均為Ⅰ級(jí)(合格);采用常規(guī)脈沖超聲和相控陣超聲方法對(duì)所有焊縫進(jìn)行了內(nèi)部檢測(cè),未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷,超聲檢測(cè)均為Ⅰ級(jí)(合格)。

        3.5 微觀組織金相檢驗(yàn)分析

        在集箱筒體、焊縫部位進(jìn)行金相復(fù)膜取樣,試驗(yàn)室金相顯微鏡觀測(cè),筒體金相組織基本正常,出現(xiàn)球化2級(jí)至3級(jí)。

        4 集箱應(yīng)力分析與強(qiáng)度校核

        根據(jù)GB/T16507.4-2013《水管鍋爐第4部分:受壓元件強(qiáng)度計(jì)算》等標(biāo)準(zhǔn),對(duì)集箱進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算與強(qiáng)度校核,應(yīng)力計(jì)算過(guò)程與結(jié)果如下:

        計(jì)算壓力P=3.82MPa

        計(jì)算溫度T=450℃

        筒體外徑Do=273mm

        筒體厚度δn=16mm

        材料設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力[σ]t=141MPa

        集箱底部排管外徑do=42mm

        集箱底部排管壁厚δg=3.5mm

        集箱底部排管內(nèi)徑di=do-2δg=35mm

        集箱底部排管間距S=80mm

        管排削弱系數(shù)φmin=(S-di)/S0.562

        筒體最小厚度δmin=15.47實(shí)測(cè)

        筒體環(huán)向膜應(yīng)力σθ=PDo/2δmin=33.706MPa

        判據(jù)1:σθ<φmin[σ]t=79.24安全

        筒體腐蝕欲量C2=0.5mm(根據(jù)文獻(xiàn)[3]確定)

        筒體有效厚度δe=δmin-C2=14.97mm

        當(dāng)量膜應(yīng)力=PDo/2δe=34.832MPa

        孔邊環(huán)向應(yīng)力集中系數(shù)Kn=3.1(文獻(xiàn)[3]表A.1)

        孔邊軸向應(yīng)力集中系數(shù)KZ=-0.2(文獻(xiàn)[3]表A.1)

        孔邊徑向應(yīng)力集中系數(shù)Kr=-2δe/(Do-δe)=-0.116

        孔邊環(huán)向應(yīng)力σn=Knσe=107.98MPa

        孔邊軸向應(yīng)力σz=Kzσe=-6.966MPa

        孔邊徑向應(yīng)力σr=Krσe=-4.041MPa

        孔邊最大應(yīng)力σmax=σn-σz=114.95MPa

        判據(jù)2:σmax<3[σ]t安全

        平蓋材料許用應(yīng)力[σ]tg=113MPa查[2]表7

        平蓋結(jié)構(gòu)特性系數(shù)Kf=0.58文獻(xiàn)[3]表11

        平蓋計(jì)算直徑Dc=Do-2δmin=242.06

        平蓋最小厚度δgmin=87.77mm

        平蓋應(yīng)力σg=P(DcKf/δgmin)2=9.774

        判據(jù)3:σg<[σ]tg安全

        上述計(jì)算結(jié)果可見(jiàn):集箱筒體一次應(yīng)力、孔邊最大應(yīng)力和平蓋應(yīng)力均滿(mǎn)足強(qiáng)度條件。

        因壓力和溫度波動(dòng)范圍都很小,孔邊最大應(yīng)力又遠(yuǎn)小于許用值,所以集箱筒體不會(huì)發(fā)生疲勞失效。另12Cr1MoVG材料的蠕變閾值溫度約為480℃,因此450℃溫度下工作的集箱不會(huì)發(fā)生蠕變失效[3-4]。

        5 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)該集箱化學(xué)成分、硬度值均,金相組織及經(jīng)強(qiáng)度計(jì)算和應(yīng)力分析表明,集箱筒體和平蓋強(qiáng)度滿(mǎn)足要求,可以繼續(xù)使用。該集箱可以繼續(xù)運(yùn)行到下一檢驗(yàn)周期。

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