Стартовая >> Архив >> Генерация >> Водно-химические режимы и надежность металла энергоблоков 500 и 800 МВт

Эксплуатационная надежность металла труб большого диаметра - Водно-химические режимы и надежность металла энергоблоков 500 и 800 МВт

Оглавление
Водно-химические режимы и надежность металла энергоблоков 500 и 800 МВт
Водное хозяйство блочных ТЭС
Способы обработки питательной воды
Изучение процесса образования отложений на теплопередающих поверхностях
Разработка новых схем обессоливания
Пути усовершенствования предочисток
Подготовка воды перед ионированием
Автоматизация установок предварительной очистки воды
Ионитное обессоливание добавочной воды
Термическое обессоливание добавочной воды
Загрязнение питательной воды энергоблоков продуктами коррозии
Способы и технологические схемы очистки турбинных конденсатов
Организация эксплуатационного химического контроля
Процесс формирования отложений по пароводяному тракту мощных энергоблоков
Химические очистки энергоблоков
Ускоренная отмывка энергоблоков при пуске из холодного состояния
Консервация оборудования
Солевые балансы  оборотных систем охлаждения
Предотвращение накипеобразования и коррозии в конденсаторах турбин
Коррозия медных  сплавов
Основные требования к материалам ответственных элементов энергооборудования блоков
Эксплуатационная надежность металла труб большого диаметра
Надежность металла поверхностей нагрева котлов
Структура и свойства материалов роторов мощных турбин
Конструктивно - технологическое оформление сварных соединений паропроводов
Эксплуатационная надежность сварных соединений паропроводов большого диаметра
Исследование и оценка надежности основного металла и сварных соединений центробежнолитых труб
Работоспособность сварных соединений литого корпусного энергооборудования
Ремон энергооборудования с применением сварки без последующей термообработки
Современные методы расчета на прочность оборудования энергоблоков
Влияние концентраторов напряжений на длительную прочность металла поверхностей нагрева и паропроводов
Конструкционная прочность сварных газоплотных панелей поверхностей нагрева энергоблоков 800 МВт
Работоспособность гибов трубопроводов большого диаметра
Расчет температурных перемещений паропроводов мощных энергоблоков
Обеспечение эксплуатационной надежности крупной пароводяной арматуры
Система контроля в процессе проектирования, изготовлении н эксплуатации
Современные методы неразрушающего контроля и их разрешающая способность
Совершенствование метода ультразвукового контроля дли оценки качества сварных соединений
Автоматизация контроля за сплошностью металла в условиях монтажа и эксплуатации
Разработка и внедрение перспективных методов контроля за сплошностью металла на электростанциях
Список литературы

Паропроводы энергоблоков 500 и 800 МВт спроектированы малониточными. Это потребовало разработки технологии изготовления элементов паропроводов из труб диаметром 465x75 и 630x25 мм из стали 15Х1М1Ф и 377x60 мм из стали 12Х1МФ. Трубы и изделия из них (гибы, коллекторы) изготовлялись по заводским техническим условиям без гарантий жаропрочности. В связи с этим проводилась комплексная работа по оценке эксплуатационной надежности металла труб с учетом технологии их изготовления и условий работы паропроводов. Программа исследований включала изучение стабильности структуры и свойства металла при длительных испытаниях в условиях повышенных температур, установление кратковременных механических свойств при различной температуре, определение химического состава и тонкой структуры металла.

Известно, что в течение длительной эксплуатации под воздействием высоких температур и напряжений металл паропроводных труб претерпевает существенные структурные и фазовые изменения. Наиболее полно эти изменения отражают жаропрочные свойства и в первую очередь характеристики ползучести. В процессе ползучести развитие повреждений идет прежде всего в местах с концентрацией напряженней, которые могут быть обусловлены формой изделий, способом приложения нагрузок, технологией получения металла и изготовлением элементов конструкции. Скорость развития дефектов зависит от способности нивелирования напряжений на разных этапах ползучести [6-1].
В сложных жаропрочных материалах ползучесть макрообъемов представляет собой результат развития различных процессов, влияния их друг на друга, поэтому необходимый комплекс рабочих свойств низкоуглеродистых перлитных сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф обеспечивается путем упрочнения твердого раствора и карбидной фазы при гетерогенизации структуры.
Упрочнение сталей перлитного класса не может быть достигнуто только путем легирования твердого раствора из-за ограниченной растворимости легирующих элементов в решетке α-железа и выделения этих элементов в карбидную фазу. Следовательно, их жаропрочность обеспечивается прежде всего благодаря механизму дисперсного упрочнения, который в значительной степени зависит от режимов термической обработки.
Проведенные за последние годы исследования свойств сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф после различных сроков эксплуатации показали, что для обеспечения надежности и долговечности энергооборудования очень важны стабильность структуры и свойств металла.
Стабильность структуры и свойств перлитных сталей определяется условиями эксплуатации — температурой, напряжением, длительностью приложения нагрузки, а также химическим составом и дисперсностью упрочняющих фаз этих сталей.
Последовательность карбидных реакций определяется в основном химическим составом стали, тогда как скорость их протекания во многом зависит от характера микроструктуры металла в исходном состоянии [6-2,            6-3]. Так, после 30 тыс. ч эксплуатации при температуре 540°С средний размер карбидов в стали 12Х1МФ, имеющей в исходном состоянии феррито-бейнитную структуру (2-й балл), равен 1200А, а карбидов с ферритокарбидной структурой (7-й балл) — 1700 А. Процессы изменения количественных характеристик упрочняющей фазы не заканчиваются в начальный период эксплуатации, о чем свидетельствует дальнейший рост карбидов и их плотность на единице площади шлифа [6-4].
Рядом авторов [6-2, 6-3] показано, что наиболее низкий уровень жаропрочности имеет металл труб с феррито-карбидной структурой (7-й балл). Низкий уровень жаропрочности вызывает ускоренную ползучесть металла в процессе эксплуатации. Анализ результатов замеров остаточной деформации паропроводных труб и их структурного состояния на энергоблоках 50—300 МВт показал, что более чем 90% труб с повышенной остаточной деформацией имели уже в исходном состояние браковочную структуру.
С учетом этого проводилась оценка качества элементов паропроводов энергоблоков 800 МВт в исходном состоянии на электростанциях. При этом использовались как неразрушающие методы, так и лабораторные исследования.
Как показали результаты входного контроля, трубы диаметром 465X75 и 630X25 мм энергоблоков 800 МВт имеют самую разнообразную структуру (см. § 6-1). Процент труб с браковочной структурой составляет 20% для труб из стали 15Х1М1Ф и более 40% для труб из стали 12Х1МФ.

 
Механические свойства элементов паропровода диаметром 465Х75 стали

Та: -
Результаты электронно-микроскопического анализа труб диаметром 465X7:
из стали 15X1 ΜΙ Ф

Механические свойства металла, определенные с помощью переносных твердомеров МЭИ-ТЗ и МЭИ-Т7, колеблются в довольно широких пределах. Большинство проверенных труб из стали 12Х1МФ имеет предел прочности 45—50 и предел текучести 25—30 кгс/мм2. У стали 15Х1М1Ф эти показатели несколько выше: соответственно 50—65 и 30—45 кгс/мм2. Металл некоторых труб имеет пониженные прочностные свойства против требуемых техническими условиями.
Более полными исследованиями исходного состояния металла труб 11 плавок установлено, что химический состав, механические свойства как при комнатной, так и при рабочей температурах находятся на уровне требований технических условий. Так, кратковременный предел прочности при комнатной температуре составил 55—65, а предел текучести 34—45 кгс/мм2.
Исследованиями было установлено дополнительный технологический отпуск, проводимый на  заводах после сварки г труб, снижает уровень пр: металла при 20°С не более 3 кгс/мм2 и не влияет на прочность.  


Рис. 6-4. Кривые нормального распределения размеров упрочняющих фаз в стали 15Х1М1Ф.
А — в состоянии поставки: О — после дополнительного отпуска: ф — после горючей гибки.
Ударная вязкость металла во всех случаях находится на достаточно высоком уровне.
Как отмечено выше, микроструктура металла исследованных труб паропровода свежего пара (диаметром 465X75 мм) и горячего промежуточного перегрева (диаметром 630X25 мм) в большинстве случаев соответствует    рекомендуемой (1—4-й баллы). Она состоит из бейнита и свободного феррита, количество которого в разных трубах колеблется от 10 до 60%. Дополнительный технологический отпуск не приводит к видимому изменению характера микроструктуры при увеличениях X100 и Х500. Однако электронно-микроскопический анализ при увеличениях Х2000—6000 (табл. 6-5, рис. 6-4) позволили выявить изменение количественных характеристик микроструктуры стали 15Х1М1Ф после проведения различных технологических операций (табл. 6-4).
При этом было установлено увеличение плотности частиц на единицу площади шлифа, рост среднего и максимального размеров карбидной  фазы при незначительном изменении среднего расстояния между карбидами. На графиках нормального распределения размера упрочняющих фаз в стали 15X1 ΜΙФ (рис. 6-4) существуют два максимума, каждый из которых соответствует карбидам различного типа [6-5]. Эта закономерность сохраняется для всех исследованных состояний металла, хотя наблюдается некоторое смещение пиков при изменении режима термической обработки.
Результаты количественного анализа микроструктуры коррелируются с данными о составе карбидной фазы стали 15Х1М1Ф, определенными химическим путем.
При решении задач повышения надежности и увеличения длительности эксплуатации паропроводов, работающих в условиях ползучести, большое значение имеет выбор способа экстраполирования результатов испытаний. С целью повышения точности установления фактического уровня длительной прочности металла труб диаметром 467x75 и 630x25 мм испытание проводили при двух температурах:         570 в 610°С.
Время до разрушения образцов на длительную прочность, вырезанных из труб диаметром 630X25 мм, оказалось значительно больше, чем образцов из труб диаметром 465Х Х75 мм (рис. 6-5 и 6-6). Соответственно фактический предел длительной прочности металла горячепрессованных труб диаметром 630 X  25 мм при 570°С за 105 ч в среднем составляет 10,5 кгс/мм2, а катаных труб диаметром 465Х Х75 мм — 8 кгс/мм2 (рис. 6-5,а).

Дополнительный отпуск металла труб диаметром 465x75 мм из стали 15Х1М1Ф снизил предел длительной прочности примерно на 0,5 кгс/мм2 как при 570, так и при 610°С. Длительная прочность растянутого волокна гиба этих труб равна длительной прочности прямого участка трубы, прошедшей технологический отпуск (рис. 6-6). Некоторое снижение уровня жаропрочности стали 15Х1М1Ф после дополнительного отпуска и гибки связано с изменением параметров упрочняющей фазы (см. табл. 6-3), в частности с увеличением расстояния между частицами.
Длительная пластичность стали 15Х1М1Ф (рис. 6-5,6), характеризуемая суммарной деформацией ползучести εκ  несколько снижается с увеличением длительности испытания (рис. 6-5). Однако ни при  одном режиме испытания относительное удлинение не было менее 13%. Дополнительные технологические операции не повлияли на закономерности изменения длительной пластичности.
Металлографический анализ разрушенных образцов показал, что в диапазоне температур 570—610°С процесс разрушения локализуется по границам зерен и при малом времени разрушения (менее 300 ч). Даже при столь быстром накоплении деформации разрушение идет только из-за образования микропор по границам зерен и их слияния в макротрещины.
Неизменность механизма накопления повреждаемости металла при ползучести в диапазоне параметров рассматриваемого эксперимента объясняет отсутствие перелома на кривых длительной прочности и дает возможность аппроксимировать результаты испытаний на длительную прочность.
Количественный анализ распределения микроповреждений по длине образца показал, что число микропор на единицу площади шлифа изменяется по мере удаления от излома. Максимальное количество пор наблюдается на расстоянии 2— 3 мм от края разрыва (13,7Х Х1Н шт/мм2), а при увеличении расстояния оно монотонно убывает (на расстоянии 8 мм от края разрыва число пор составило 8,0χ Х10_3 шт/мм2). По такому же закону изменяются и размеры пор. Снижение действующего напряжения приводит к увеличению числа пор на единицу площади шлифа и уменьшению их среднего диаметра.
Изучение процесса накопления деформаций в металле труб при длительной эксплуатации (до 100 тыс. ч) и в стендовых условиях подтвердило результаты лабораторных исследований: разрушение сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф в процессе ползучести идет путем образования микропор по границам зерен и их слияния в макротрещины. Скорость этого процесса определяется уровнем рабочих напряжений, температурой и в значительной степени дисперсностью (микроструктурой) упрочняющей фазы в исходном состоянии.
Знание этих закономерностей позволило разработать и выбрать оптимальные варианты изготовления паропроводов из толстостенных труб и установить их ресурс работы.
Эксплуатационная надежность сталей, примененных для труб большого диаметра паропроводов энергоблоков 500 и 800 МВт, находится на достаточно высоком уровне при условии соблюдения оптимальной технологии их изготовления.



 
« Внедрению установок для шариковой очистки конденсаторов паровых турбин   Возможность эксплуатации котла ТП-170 на пониженных параметрах перегретого пара »
электрические сети