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超(超)临界机组关键部件健康状态综合诊断技术研究

2014年11月17日 16:18   来源:   作者:乔立捷 张锦文 石岩 胡鑫 刘明 邱质彬 王甲安 奚杰峰  
成果简介:
    一、项目来源 我国一次能源结构的特点是“富煤、贫油、少气”,决定了我国以火电为主的电源结构不会发生根本改变,火电将在相当长时期内占据主导地位。随着节能/降耗/减排要求的日趋严格,发展超超临界机组成为提高运行效率、降低发电成本,缓解环境压力的必由之路。经过多年快速发展,我国已经成为世界上拥有超超临界机组最多的国家,但瓶颈仍然明显,主要表现在高温高强度材料国产化研制和应用性研究工作薄弱。 我国超超临界机组主蒸汽和高温再热管道中应用最广泛的是P92钢,但尚未积累足够的制造和运行经验,目前,美、日、德等国家对P92钢的全面试验研究仍在进行,仍处于探索阶段。比如ASME中P92钢的最大许用应力明显偏高,从而导致了我国华能玉环电厂和华电邹县电厂的主汽管道设计壁厚偏低。另外,P92主汽、再热管道等长期服役于高温、高压环境下,其焊接接头作为薄弱环节往往容易发生恶性早期IV型蠕变开裂,已严重威胁高温构件的安全可靠运行,由于国内外对P92主汽、再热管道投入运行时间比较短,缺少对P92钢蠕变数据的积累,更缺少对其蠕变机理的研究。 做为超(超)临界机组的关键部件(主汽、再热管道等高温管道)用钢,P92已成为各科研机构关注的焦点,因目前尚未掌握其蠕变开裂的条件和机理,因此电厂很为难:如果对P92主汽、再热管道制定过多的监测、维护计划,会消耗大量的人力、物力及财力,增加生产成本,造成不必要的浪费;但是如果对P92主汽、再热管道的监测、维护工作量不够,由于该材质容易出现早期蠕变开裂,会造成机毁人亡的重大恶性事故。若上述问题不能得到很好解决的话,将严重影响机组的经济、稳定运行。 因此,开发超(超)临界机组关键部件健康状态综合诊断技术对于优化系统运行,减少非计划停机和盲目的过量检修,降低生产成本,最大限度的保障机组的健康运行具有重要意义;并对新材料的应用和研究有着重要影响。 二、项目主要应用领域及其技术特点 1、项目主要应用领域 超(超)临界燃煤发电机组 2、项目主要研究内容 研究分别运用超(超)临界机组用国产管件性能评价技术,对管件的进行全面的性能测试,确保其在高温高压条件下安全运行;对P92钢主汽、再热等管道进行支吊架检查调整试验,并运用CAESARII管道应力分析软件对整个管系建模,进行应力计算分析评估,预防及治理振动问题;对超(超)临界机组高温管道、汽轮机转子、叶片、叶根、高温螺栓、汽缸等关键部件进行诊断,防止机组设计、制造、安装、运行中出现的受监金属部件质量问题引发的各类事故。对于优化系统运行,减少非计划停机和盲目的过量检修,降低生产成本,最大限度的保障机组的健康运行。本项目的主要研究内容有: (1)超(超)临界机组的关键部件—主蒸汽、再热蒸汽等高温管道中弯头(管)、三通等管件,通过对其外观、壁厚、圆度、弯曲角度、硬度、磁粉检测、超声波检测、化学成分、金相组织分析、常温拉伸、常温冲击、高温拉伸等项目的测试试验,综合评价其性能,以确保其在高温高压条件下安全运行。 (2)超(超)临界机组的关键部件—主蒸汽、再热蒸汽等高温管道中弯头(管)、三通等管件的应力测试试验及有限元模拟。 (3)P92新型耐热钢焊接热处理前后残余应力测试,已研究焊接热处理前后残余应力场分布。 (4)为预防P92钢焊接接头产生的早期蠕变开裂现象和有效检测危害性缺陷,在机组检修时对P92钢主汽、再热等管道进行无损检测试验,以其发现早期内部微裂纹,提高缺陷检出率、尺寸精确度,以提高对管道安全状态监测的级别,并为管道的安全状态诊断提供依据; (5)对超(超)临界主汽、再热等管道进行支吊架检查调整试验,并运用CAESAR II管道应力分析软件对整个管系建模,进行应力计算分析评估。道建立不同的安全评价体系,在其检修中进行支吊架的冷、热态试验,并根据CAESAR II软件模拟结果,建立管道振动治理、改造诊断系统; (6)对超(超)机组关键部件进行综合检测诊断,消除影响健康状态因素安全优化系统运行,减少非计划停机,最大限度的保障机组的安全运行。 3、项目的主要创新点 (1)基于国产P92管件的失效形式、失效原因,综合考虑管道支吊架对管件应力状态的影响,采用有针对性的综合诊断技术生产出的高强度高可靠性国产P92管件,已成功应用于超超临界机组,打破了进口产品垄断,降低机组建设成本和周期。 (2)采用关键部件健康状态综合诊断技术应用于世界首座百万级超超临界空冷电站-灵武电厂4机组A修金属监督检验,减少了非计划停机和盲目过量检修,降低了生产成本,保障了机组的健康运行。 (3)采用状态综合诊断技术开展田集电厂二期(高温再热温度/压力:620℃/5MPa)中大直径大壁厚弯管检验,保证了国内首座高效超超临界机组重大优化创新的实现。

鉴定意见:
    2014年4月23日,浙江省技术经纪人协会在杭州组织召开了由华电电力科学研究院承担的 “超(超)临界机组关键部件健康状态综合诊断技术研究” 项目成果鉴定会。鉴定委员会听取了项目工作总结、技术研究、经济技术分析、性能测试、科技查新等报告,审阅了相关资料。经提问、答疑和讨论,形成鉴定意见如下: 1、提供鉴定的资料齐全、规范,符合鉴定要求。 2、项目主要研究内容包括:(1)超(超)临界机组主蒸汽、再热蒸汽等高温管道弯头(管)、三通等管件的综合性能评价,确保其在服役条件下安全健康运行。(2)超(超)临界机组主蒸汽、再热蒸汽等高温管件的应力测试试验及有限元模拟。(3)P92新型耐热钢焊接热处理前后残余应力测试,焊接热处理前后残余应力场分布。(4)超(超)临界主汽、再热等管道应力分析及支吊架诊断调整,预防其失效。 3、项目成果创新点: (1)基于P92管件的失效形式、失效原因,开展了管系应力状态分析,提出了有针对性的综合诊断技术,从而成功指导研制出高强度的国产P92管件,并通过中国电力顾问集团电力规划设计总院鉴定,可以替代进口产品。 (2)通过集成创新,形成了超(超)临界机组四大管道系统健康状态综合诊断技术,该技术已应用于宁夏华电灵武电厂1000MW机组和田集电厂二期660MW机组(高温再热温度/压力:620℃/5MPa)的关键部件的监督诊断,保障了机组的健康运行。 鉴定委员会认为,该项目研究成果达到国内领先水平,具有显著的经济效益和社会效益,建议推广应用。  

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