火力发电厂金属材料应用及受损件探讨

火力发电厂金属材料应用及受损件探讨

曾咏忠

大唐华银金竹山火力发电分公司，湖南 冷水江 417505

摘要：为了避免出现机械设备的损坏，应严格执行机械设备的全程技术监管，强化机械设备的选型，设计，制造，安装，调试，运行等方面的工作，在检修和检查过程中，无论在哪一个方面存在着缺陷，都将直接关系到整个装置的安全运转，严重时还可能引发事故。对金属材料的损伤应采取“以防为本、以质为本”的原则，细心地检查，要对金属材料损坏的情况和规律有一个全面的了解，一旦出现了问题，就可以马上采取相应的行动，避免出现问题，从而避免出现问题并进一步扩大。

关键词：火力发电厂；金属材料；应用；受损件

1 金属材料在火力发电厂中的运用

蒸汽管道和集箱对金属的需求：①金属的蠕变强度、持久强度、持久塑性和抗氧化性。在对汽管及油罐进行强度设计时，一般采用1×105小时或2×105小时的耐高温抗压强度，并以徐变值为检验标准。通常情况下，对金属材料在使用温度下的耐久性，要求其平均耐久性不小于50 MPa至70 MPa。在使用过程中，使用过程中所产生的累计蠕变变形应该控制在2%以内。耐久性、蠕变性的弥散幅度不大于±20%。永久塑料的伸长度在3%到5%之间。②在较高温度和较长时间下，具有良好的微观结构和力学性质[1-2]。③具备较好的加工能力，尤其是可焊性较好；④在选择材料时，要以使用温度为基准，以钢的热强度及微观结构稳定为重点。在相同钢种下，作为蒸气管，其最大容许工作温度要低于过热器管的耐高温。

对于过热和再热管道，需要满足：①满足一定的蠕变强度、持久强度和持久塑性，以及在高温和长期运行过程中，能够保持较好的结构和性能。在服役期间，金属管的外径的蠕变应该控制在2.5%以内。而碳钢管则不能超过3.5%.②耐氧化能力强，使用的材质为1类完整耐氧化材质，在操作条件下，其氧化速率不超过0.1毫米/秒。③冷、热加工工艺及可焊接性较好。

水冷壁管和省煤器管对金属的需求：①要具备一定的常温和高温强度，这样才能保证管壁的厚度不至于太厚，这样才能达到较好的传热效果，同时也便于加工。②具备较强的耐热性和耐热性，防止由于脉冲疲劳或热疲劳引起的早期破坏。③耐腐蚀性好，耐磨损性能好，工艺性能好，特别是可焊性能好。

蒸汽管道，集箱，锅炉受热表面的钢种，主要适用于蒸汽管道，锅炉受热表面和壳体的常见钢种及其主要用途。

蒸汽管道、集箱和锅炉受热面钢管的材料检测①国产低、中压锅炉用无缝钢管的技术要求和质量检测应该满足GB3087的要求。②对国内生产的用于高温锅炉的无缝管，其技术指标和产品的检测必须满足GB5310的有关标准[3]。③不锈钢管在使用过程中，必须按照GB13296进行技术指标和质量检查。④对于在生产中使用的锅炉和正在使用的机组，对于进口的原料，应按照 JB/T3375的规定进行检验。⑤对引进的锅炉用钢制钢管，其技术指标和品质必须按供应商国家的规定或订货合约规定进行检测。

2 金属件损坏的成因

2.1 焊接质量

焊缝的渗漏与焊缝的构造应力，焊接工艺，焊接人员的技术程度，焊接检查的好坏都有一定的关系。其缺陷是由于外部管道的焊接和连接盒的角焊缝造成的。造成这种情况的主要因素有：第一，由于角焊接为生产焊口，炉管焊接为安装焊口，没有采用行之有效的检验方法来检验，这是一种潜在的安全隐患，从各个火力发电厂对炉管的抽样检验就可以看出来；有些火力发电厂在生产过程中，对炉外管道焊接质量进行了检测，其检测合格率只有20%。二是焊接接头的应力分布比较复杂，应力变化大，应力集中。

2.2 辅助焊接件拉裂现象

辅助焊件产生的拉裂纹与焊缝的组织应力及焊缝的质量密切相关。造成附加焊料产生裂纹的主要因素有：第一，附加焊料的焊缝没有得到及时的检验，出现了严重的缺陷，比如600 MW机组最后一次过热器的管夹熔丝泄漏，200 MW机组省煤器的翅片裂纹，这些都是因为焊接缺陷造成的。二是附加焊接部件与管道接头结构不合理，膨胀不畅，例如125 MW机组的水冷壁四角区波纹管开裂，前隔墙省煤器烟道的隔板开裂，以及前、后隔墙的隔流板和旁通省煤器的支撑板开裂等。

2.3 温度过高

管道过热主要是因为管道壁面的温度超出了其容许的工作温度，造成了管道内部微观结构的改变，从而使得管道的许用压力下降，从而引起管道的塑性形变，最终引起管道的爆炸。造成炉膛温度过高的因素是外来物质的阻塞和烟气温度的变化。在新建的机组中，有几次由于管道中有螺栓，锁，铁块等遗留下来；焊条，焊纸，导球用的铁球等外来物质阻塞，造成管道过热爆炸。200 MW汽轮发电机组的锅炉，在加热过程中，前后两个方向的烟气温度相差较大，均在100摄氏度以上，造成了多起过热爆筒事故。

2.4 热力性疲劳

这主要是因为凝结水的逆流造成了元件的温度出现了周期性的波动，从而造成了热疲劳裂纹。例如，125 MW的再热器的再热器的向空排水管角焊缝开裂、再热器的微型喷水减温器联箱的泄漏、除氧器的三泵进蒸汽管道的裂纹，还有600 MW的再热热段暖管角焊缝的裂纹，都是因为热疲劳造成的。

2.5 磨损

飞灰浓度、飞灰颗粒理化特性和烟气流速是影响飞灰磨耗的重要因素；加热表面布局的构造特征和操作条件。在这些因素中，烟气流速对磨耗的作用最大，磨耗与流速呈三次方差。

3 在火力发电厂中对金属材料的损坏预防措施

3.1 电焊作业的质量控制

提出了火力发电厂应对炉外管、联箱短管的角焊及附加焊料的焊接进行分期、分批次的 NDT及 UT试验，对一次阀门前的炉外管进行100%的 RT或 UT试验；对生产焊料中的联箱角焊等进行100%的 NDTD试验，并对修复焊料等 NDTE试验进行100% NDCE试验，同时对维修焊料进行100% ND试验并对试验质量进行严格的 ND试验。

3.2 装置的构造修正

火力发电厂应该对那些有结构缺陷的装置进行改造，尽量使新装置能够在设计时对其进行改造。按要求对火力发电厂的装备、工艺进行改进，以改善磨损部件的品质和寿命。采用新材料、新技术，改善磨损部位的耐腐蚀、耐疲劳能力。

3.3 避免管道温度升高

首先要加强对管道的生产、安装和维修等环节的管理，避免管道中残留有外来物质。尤其要注意高过、高再管道的弯、节流环的定位、管道系统内直径的变位、入水口的定位等。强化操作管理，避免炉膛温度过高，避免左右两侧烟气温度不一致。在火力发电厂中，对管道，船舶，锅炉，烟囱等有损坏的金属部件进行常规检测。检验的内容包括金属腐蚀，疲劳，应力腐蚀等。对损坏的金属材料进行维修或替换，以保证设备的良好运转。

3.4 员工培训

对员工进行有关损坏零件的重要意义及防护方法的培训及宣传。提高工人的安全观念及作业技巧，保证其对破损零件的正确运用及保养。

4 结语

文章对其常见故障及故障产生的原因进行了剖析，并指出了在故障发生时应注意的几个问题。只有在设计，制造，安装，调试，检修，检查的每一个步骤中都要严格控制质量，如技术改进，质量控制，才能有效地降低零件的损耗，从而改善单位的运行状况。

参考文献：

[1]左天悦,张拦,王鸿毅等.基于氟硅烷改性UIO-66-OH的疏水金属有机骨架材料的制备及在灰岩类石质文物保护中的应用（英文）[J].无机化学学报,2023,39(09):1817-1831.

[2]蔡志勇,彭翔,彭健等.关键材料“卡脖子”背景下“金属材料及热处理”课程思政探索与实践[J].江西理工大学学报,2023,44(04):70-74.

[3]付浩博.汽车轻量化的碳纤维复合材料应用分析[J].锻压装备与制造技术,2023,58(04):123-126.