電站鍋爐高溫受熱面蒸汽側(cè)氧化膜問(wèn)題研究.pdf

1、電站鍋爐高溫受熱面蒸汽側(cè)氧化膜的存在會(huì)減小部件的有效承載厚度，引起管壁溫度上升，從而縮短部件的使用壽命。脫落后的氧化膜有可能在受熱管下部彎頭處沉積，阻礙蒸汽流動(dòng)，導(dǎo)致發(fā)生超溫爆管事故;也有可能進(jìn)入到汽機(jī)主汽閥本體，引起主汽閥門(mén)卡澀;還有可能被蒸汽攜帶進(jìn)入汽輪機(jī)，對(duì)汽輪機(jī)部件造成固體顆粒侵蝕;脫落后的氧化膜還會(huì)造成汽水污染，影響汽水品質(zhì)。
　　 本文采用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)際運(yùn)行相結(jié)合的方法，圍繞蒸汽側(cè)氧化膜問(wèn)題從以下五個(gè)方面展

2、開(kāi)了深入研究。
　　 (1)基于受熱面蒸汽側(cè)氧化膜的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和傳熱學(xué)基本理論，建立蒸汽側(cè)氧化膜的生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型以及受熱管的傳熱分析模型。研究蒸汽側(cè)氧化膜生長(zhǎng)過(guò)程中管壁溫度的變化，揭示蒸汽側(cè)氧化膜對(duì)管壁溫度的影響規(guī)律，在此基礎(chǔ)上提出了氧化膜“臨界超溫厚度”的概念，給出一種受熱面超溫運(yùn)行的預(yù)測(cè)方法，用于預(yù)測(cè)由于蒸汽側(cè)氧化膜的不斷生長(zhǎng)而導(dǎo)致管壁溫度超溫運(yùn)行的時(shí)間。該方法既可以應(yīng)用于鍋爐受熱面的安全性評(píng)價(jià)，也可以為受熱面的設(shè)計(jì)選材提供理

3、論依據(jù)。
　　 (2)依據(jù)T91合金的高溫蠕變特性，建立T91受熱管蠕變斷裂壽命的計(jì)算模型，從蒸汽側(cè)氧化膜導(dǎo)致管壁溫度升高和增大部件受力兩方面定量分析蒸汽側(cè)氧化膜對(duì)受熱管蠕變斷裂壽命的影響。發(fā)現(xiàn)蒸汽側(cè)氧化膜導(dǎo)致部件蠕變斷裂壽命縮短的主要原因是管壁溫度升高，等效應(yīng)力增大屬于次要原因;受熱管的蠕變斷裂壽命隨蒸汽側(cè)氧化膜厚度的增加呈拋物線減小，且隨管子熱負(fù)荷的增加，蒸汽側(cè)氧化膜對(duì)受熱管蠕變斷裂壽命的影響程度加劇;蒸汽側(cè)氧化膜對(duì)外徑較小

4、的厚壁管子的蠕變斷裂壽命影響較大。研究表明在高溫受熱面的設(shè)計(jì)中應(yīng)該合理考慮蒸汽側(cè)氧化膜對(duì)部件蠕變斷裂壽命的影響。
　　 (3)建立穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力有限元分析模型，對(duì)機(jī)組降負(fù)荷過(guò)程中受熱管蒸汽側(cè)氧化膜內(nèi)的熱應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算和分析。鑒于鐵素體合金和奧氏體合金的熱膨脹系數(shù)有明顯差異，文中分別對(duì)以T91合金為代表的鐵素體合金和以TP347H為代表的奧氏體合金進(jìn)行了計(jì)算分析。揭示了機(jī)組降負(fù)荷過(guò)程中兩種合金管蒸汽側(cè)氧化膜內(nèi)熱應(yīng)力的變化規(guī)律，為鍋爐高溫

5、受熱面的設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制系統(tǒng)優(yōu)化提供了重要依據(jù)。
　　 (4)建立瞬態(tài)熱應(yīng)力有限元分析模型，確定不同蒸汽溫度擾動(dòng)速度下蒸汽側(cè)氧化膜內(nèi)熱應(yīng)力的響應(yīng)特征。分別對(duì)鐵素體合金（以T91合金為代表）和奧氏體合金（以TP347H為代表）進(jìn)行了計(jì)算分析。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，兩種合金管蒸汽側(cè)氧化膜內(nèi)環(huán)向應(yīng)力和軸向應(yīng)力在響應(yīng)過(guò)程中都存在峰值，且蒸汽溫度降低速率越大，擾動(dòng)過(guò)程中氧化膜內(nèi)環(huán)向應(yīng)力和軸向應(yīng)力的增大速度就越快，擾動(dòng)結(jié)束時(shí)所達(dá)到的峰值就越高。這些特征表

6、明，為防止蒸汽側(cè)氧化膜脫落，在運(yùn)行過(guò)程中必須嚴(yán)格限制蒸汽溫度的變化速率。
　　 (5)提出了一種基于蒸汽側(cè)氧化膜臨界脫落厚度的安全性評(píng)價(jià)方法。該評(píng)價(jià)方法依據(jù)蒸汽側(cè)氧化膜的臨界脫落厚度，利用現(xiàn)有的蒸汽側(cè)氧化膜生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型，對(duì)蒸汽側(cè)氧化膜發(fā)生脫落的時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，并將預(yù)測(cè)得到的脫落時(shí)間作為一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)受熱面的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。該方法可以與傳統(tǒng)的基于蠕變分析的安全性評(píng)價(jià)方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫受熱面的綜合評(píng)價(jià)。當(dāng)受熱面蒸汽側(cè)氧化膜脫落問(wèn)