Способ определения остаточной долговечности труб пароперегревателя из аустенитной стали

 

())) )Щ ())) 2311349 (53) F22 00 1N 2

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, л,, К ПАТЕНТУ (21) 4908830/06 (22) 07.0291 (46) 15.10.93 Бкв. Йа 37-38 (71) Всеросаийоей теппотехничеавй научно-исследовательский институт (72) Школьникова БЭ. Шешенев М.Ф; Игнатюк О.С..

Урусова ГА ())) ))) следовательский тмститут (SeCnOCOS ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОЯ

ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТРУБ ПАУОПЕУЕГРЕВАТЕЛЯ ИЗ АУСТЕНИТНОЯ СТАЛИ (57) Использование: эксплуатация котлоагрегатов. исследование свойств материалов Сущность изобретения: В процессе ремонта котла производят вырезку участков труб из наиболее нагретых зон лароперегревателя На этих участках проводят количественный металпографический анализ. В результате такого анализа находят процентное содержание сигма-фазы в металле, по которому оценивают эквивалентную температуру эксплуатации, а по последней исходя из известного уровня длительной прочности определяют остаточную долговечность. 2 ия

2001349

Изобрегение относится к исследова и о свойств материала, а именно к способам определения остаточной долговечности металла пароперегревательных труб из аустенитной нержавеющей стали котлов тепловых электростанций.

В настоящее время большое число котлов энергоблоков электростанций мощностью 200-800 МВт отработали расчетный срок (100 тыс.часов или близки к этому сроку) и необходимо определить остаточную долговечность металла пароперегревательных труб для своевременной замены труб, металл которых исчерпал свою долговечность и может вызвать вынужденный останов энергоблока, что приведет к экономическому ущербу.

Известен способ определения остаточной долговечности, заключающийся в том, что из наиболее нагретых зон котла после заданного периода работы вырезают патрубки и проводят испытания металла на длительную прочность при двух температурах, шести уровнях напряжений, По данным этих испытаний строят кривую длительной прочности при рабочей температуре. по которой оценивают ожидаемое время эксплуатации, Недостатком этого способа является непозможность оценки остаточной долговечности пароперегревательных труб вследствие того, что фактическая эквивалент ая рабочая температура за весь перид эксплуатации неизвестна, она существенно (дс 60 С) отличается от расчетной.

Кроме того, пароперегреватель сделан из металла. разных плавок, а испытания на длительную прочность металла нескольких плавок очень трудоемки и длительность их значительно превышает продолжительность капитального ремонта.

Известен также способ определения остаточной долговечности пароперегревателя

N3 аустенитной стали котла электростанций, закл,очающийся в том, что на вырезанных из наиболее нагретых зон пароперегревателя патрубках проводят физико-химический анализ на содержание в анодном осадке хрома и железа, по суммарному содержанию которых при известной наработке с помощью специальных номограмм находят эквивалентную температуру. По полученному значению эквивалентной температуры и известному рабочему давлениЮ по графику длительной прочности определяют время до разрушения гр, ч, а затем время надежнсй работы t< 0,8 тр. Остаточную долговечность определяют как ра ность между временем надежной работы и наработкой.

Недостатком этого способа является существенный разброс результатов, полученных в различных организациях. Это связано с большим влиянием квалификации сотрудников, качества реактивов, частоты и плотности тока, формы образцов и других факторов на конечный результат. Кроме того, результаты химического фазового анализа, в частности данные по суммарному содержанию железа и хрома в анодном осадке, могут быть занижены эа счет потери этих элементов. содержащихся в мелкодисперсных частицах, которые уходят через фильтр в раствор. Зависимость в а,с. N

1231314 была получена для состояния металла, подвергнутого длительным тепловым выдержкам и эксплуатации при высоких эквивалентных температурах 620-670 С, при которых количество мелкодисперсных частиц мало. В настоящее время экспериментально установлено, что фактическая эквивалентная температура в подавляющем большинстве пароперегревателей не превышает 620 C. При таких температурах в структуре наблюдается большое количество мелкодисперсных частиц. которые проходят через фильтр в раствор и тем самым уменьшают содержание железа и хрома s осадке.

Вышеизложенные факторы снижают достоверность данных по эквивалентной температуре, особенно в области температур ниже 620ОС. В связи с большим разбросом получающихся результатов требуется часто их дополнительная и неоднократная проверка. Поскольку каждый анализ занимает не менее 16 ч, для получения окончательного результата необходимо много времени, не менее недели.

Цель изобретения — повышение достоверности определения остаточной долговечности труб из аустенитной стали и сокращение времени для проведения указанной оценки.

В способе определения остаточной долговечности труб пароперегревателя из аустенитной стали котла. заключающемся в том, что после заданного периода работы из наиболее нагретых эон котла вырезают участки труб, проводят иа них исследования, по результатам которых определяют эквивалентную температуру эксплуатации и Ilo последней судят об остаточной долговечности, исходя из известного уровня длительной прочности, поставленная цель достигается тем, что исследования по определению эквивалентной температуры эксплуатации осуществляют путем проведения металлографического анализа участков трубы на процентное содержание сигма-фазы, по ко2001349 торому определяют указанную температуру

Наличие отююеченных выше отличительных признаков по сравнению с прототипом позволяет сделать выело соответствии заявляемого технического решения критерию

"новизна". йричинно-следственная связь между овлмчюютвльнымм прююзнэками и целью изобретения заклечэется в том, что установлена четкая функциональная связь между ерецвюнтюым содержанием сигма-фазы в металла труб из стаею 12Х18Н12т и темпвратууююе-еевмвниым ююараметром, что а®аеелявт пе содвржэюио сигма-фазы (В Щ ююре известной наработке оценить эквивалаащнув температуру эксплуатации, т.е. поамаеь достоверность результатов оценки эщй ммгюврвтуры. йрмаиак. заключающийся в определеиююи пеецвнтного седержэния сигма-фазы в стуукт ура мвтвялографичвским методом

>фа Франки эквивалентной температуры, явлвввся иавым и позволяет придать объекту

4щвики эквивалентной температуры эксппуатэцми методом количественной металлографии.

Метод канючественного метаплографичвскоге анализа для определения процентногоса лержэния Фэзличных фаз в структуре металле (см.Салтыков С.А. Стереометричеакая мвталлогрвфия. М.: Металлургия, 1970) используется только для оценки степени стабильности структуры при длительных тепловых выдержках и эксплуатации. Впервые на основании многочисленных экспериментальных исследований установлены количвстввнные закономерности изменения Процентного содержания сигма-фазы в металл® от температурного временного фактора в металле пароперегреватепьных труб из аустенитной стали 12Х18Н12Т и предложено использовать их для оценки эквивалентной температуры эксплуатации.

Возможность такого использования обеспечивается непрерывным и значительным изменением процентного содержания сигма-фазы по мере увеличения длительности эксплуатации, До сих пор метод количественной металлографии никогда не использовался для поставленной цели. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения требованиям к критерию "существенное отличие".

На фиг.1 представлены номограммы, ° ырэжающие зависимость процентного содержания сигма-фазы от времени эксплуатации при различных температурах.

Кэк видно из приведенной номограммы, процентное количество сигма-фазы интенсивно возрастает с увеличением температуры и времени эксплуатации. На фиг.2 представлены графики длительной прочности металла труб из стали 12Х18Н12Т(минимальныв гарантированные значения), выражающие взаимосвязь между временем

Ао разрушения (Q) и напряжением (Gp) при различных темпвеатурэх.

Способ осуществляется следующим образом.

Во время капитального ремонта выре10

S0

55 два образца в виде колец высотой 15-20 мм. Далее готовят шлифы известным методом. Травление шлифов проводят в реактиве состава 2 r KQH + 2 г КМпОа+50 см HzO злектролитически с двумя-тремя промежуточными переполировками. После травления сигма-фаза видна в виде выделений неправильной формы, расположенных по границам зерен. Для определения ее процентного содержания использован окуляр с квадратной сеткой, имеющей 289 узлов (пересечений). Процентное содержание сигмафазы ($ с р) в одном поле зрения подсчитывают по формуле:

g o„= — 100.

289 где Й вЂ” количество узловых точек сегки, попавших на частицы сигма-фазы.

Дпя того, чтобы точность оценки с 95 надежностью составила + 10ф. достаточно просмотреть 50 полей зрения.

Время, необходимое для такого подсчета, не превышает одного часа. flo реэультатам, полученным на двух шлифах, подсчитывают среднее значение процентного содержания сигма-фазы в металле.

Для определения эквивалентной температуры по данным количественного металлографического анализа стали 12Х18Н12Т были построены номограммы, выражающие зависимости процентного содержания сигма-фазы в металле (оф,$) от длительности тепловых выдержек (г, ч) при разных температурах (фиг.1). учитывая, что разброс значений ф, при одной и той же тепловой выдержке составит+10, на фиг.1 приведены данные, соответствующие нижней границе 10ф> разброса, что позволяет оценивать максимальные значения эквивалентной температуры, соответствующие полученной величине $ оф.

Зная процентное содержание сигма-фазы ($ пф) в металле и наработку пароперегзают патрубки (не менее трех) из наиболее

15 нагретых зон иароперегревателя. Из каждого патрубка на токарном станке вырезают

2001349

6ХО < бИ 20 С бй) С

ЯО С

190 С

° 20

1Ю

/2

Ф Я з i73 N ревателя fs, 4, с помощью номограмм фиг,1 находят эквивалентную температуру эксплуатации по линии, ближайшей к точке с координатами (ф оф, ti) в пределах 5ОC. По полученному значению эквивалентной температуры и известному рабочему напряжению по графику длительной прочности (фиг.

2) определяют время до разрушения тр, ч.

Затем подсчитывают время надежной работы х . которое составляет 80 от времени до рээрувения: тн -0,8 tp. Остаточную долговечмость определяют кэк разность между временем надежной работы и наработкой.

Пример осуществления способа. Конвективмый пароперегрвватель высокого давления одного из котлов ТГМП-314 А (давление 24 МПэ. температура 540 С) энергоблока мощностью 300 МВт Лукомской ГРЭС изготовлен иэ труб 32 х 6. Длительность эксплуатации составляет 120 тыс. часов. Рабочее напряжение в трубах равно 58 МПа.

При определении процентного содержания

О.фазы установлено, что содержание о-фазы 2,3®. Ilo номограмме фиг.1 находят точку с координатами $ оф-2.3, тих=120 тыс.часов. Она лежит ближе к линии 615 С, Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ OCTATO×HOé ДОЛГОВЕЧнОсти тРуБ пАРОпеРеГРе ВАтеля иэ Аустенит, НоАсТААМ, заключающийся в том, что после заданного периода работы из наиболее нагретых зон пароперегревателя вырезают участки труб. проводят нэ них исследовамия по результатам которых определяют эквивалентную температуру эксплуатации. и по последней судят об, поэтому считаем, что труба работает при эквивалентной температуре 615 С. По гра фику длительной прочности время до разрушения металла этой трубы при 1 6154С и

5 о-58 МПа составляет tp 220 тыс.часов.

Время надежной работы t 0,8 чр Пб тыс,часов. Следовательно, остаточная долговечность равна tycho, 176 12056 тыс.часов.

0 Предлагаемый способ позволяет персо. налу электростанций с энергоблоками 25г800 МВт оперативно. в течение одного для, определять остаточную долговечность труб комвективных и ширмовых пароперегревв15 телей, изготовленных из вустемитной стали

12Х18Н12Т, своевременно заменять ненадежные трубы и тем самым предотвращать аварийные остановки котлов блоков 250, 500, 800 МВт, и, кроме того, продлевать срок

20 службы сверх расчетных 100 тыс.часов. (56) ОСТ 108-901.102 — 78. Котлы, турбины и трубопроводы. Методы определения жэропрочности металла. п.9.3, 1978.

25 Авторское свидетельство СССР

N. 1231314, кл. F 22 G 1/00. 1986. остэточндй долговечности, исходя ив известного уровня длительной прочности ощщ30чающийся тем, что, с целью повышения достоверности и сокращения сроков определения, исследования по определению эквивалентмой темпвратуры осуществляют путем проведения метэллеграфического

35амааиэз участков труб на процентное содержание сигма-фазы, пе которому определяют упомянутую температуру. ф/С

2001349

Составитель К. Харитонов

Техред M.Моргентал Корректор П. Гереши

Редактор Л. 8олкова

Тираж Подписное

HflO "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Заказ 3124

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 О эч С « о О Р

З )С!О- () О С) О () о o» -ъ- а СО Л 1 Оф,Я О LCD 4:> Ф

0 л