(一)选择材料的基本原则
在火力发电厂设备的设计、制造、安装、检修及订货等各个环节中,材料质量的选择是一项保证设备安全、经济运行的技术性极强的工作,必须认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针。具体选择时应从使用性能、工艺性能和经济合理性等综合考虑。
1.三个因素综合考虑
(1)应根据部件的工作温度、受力状况、介质特性,以及工作的长期性和安全性等项要求确定选用的钢材应具有的使用性能水平。
材料使用性能主要包括:强度性能、塑性、韧性、金属组织稳定性、物理性能和化学性能等。
(2)应根据部件几何形状、尺寸、使用状态和制造工艺,以及失效后的修复方法确定材料应具有的工艺性能水平。
材料的工艺性能主要包括材料的冶炼、冷热加工及焊接性能等。
(3)经济合理性是指选用既能满足部件安全可靠运行,又有利于材料的加工制造,产品综合成本较低的材料。
2.选定金属材料及代用材料时应注意的问题
(1)锅炉、压力容器及管道使用的金属材料应符合国家标准、行业标准或专业标准。
(2)锅炉、压力容器及管道使用的金属材料质量应符合标准,有质量证明书。使用的进口材料除有质量证明书外,尚需有商检合格的文件。
质量证明书中应包括:材料牌号、化学成分、力学性能、热处理工艺及其它必要的性能和检验方法、范围及数量,有缺项或数据不全的应补检。其检验方法、范围及数量应符合有关标准的要求。
(3)安装、修理改造中使用于工作压力等于或大于9.8MPa和工作温度等于或大于540℃工况的金属材料,入厂应复检。检验项目按JB/T3375《锅炉原材料入厂检验规则》执行。
(4)锅炉、压力容器及管道制造、安装时使用代用材料应征得原设计单位的同意,并办理设计变更通知书。修理改造中使用代用材料,原则上采用与原设计相类似的材料。代用材料时应有充分的技术依据,并符合下列规定:
1)选材性能优于原材料。
2)按所选用材料制订焊接、热处理工艺。
3)必要时进行强度核算。
4)经锅炉压力容器安全监督工程师同意并经总工程师批准。
5)做好详细记录、存档。
选用的各种金属材料应符合有关国家标准、行业标准要求。进口机组使用的金属材料,应符合相应国家技术标准的要求。
合金钢部件和管材在安装及修理改造使用时,组装前后都应进行光谱或其它方法的检验,核对钢种,防止错用。
(5)锅炉、压力容器及管道使用国外钢材时,应选用国外锅炉、压力容器规范允许使用的钢材,其使用范围应符合相应规范,有质量证明书,并应要求供货方提供该钢材的性能数据、焊接工艺、热处理工艺及其他热加工工艺文件。
国内尚无使用经验的钢材,应进行有关试验和验证,如高温强度、抗氧化性、工艺性能、热脆性等,经工程试用验证,满足技术要求后,才能普遍推广使用。
(6)产品合格证和质量证明齐全,并应包括:材料牌号、化学成分、力学性能、热处理工艺及其它必要的性能和检验方法、范围及数量应符合有关标准要求。
(二)蒸汽管道的工作条件和用钢要求(www.xing528.com)
1.蒸汽管道的工作条件和用钢要求
蒸汽管道包括主蒸汽管道、导汽管和再热蒸汽管道,其作用是输送高温、高压过热蒸汽。运行中,蒸汽管道主要承受管内过热蒸汽的温度和压力作用,以及由钢管质量、介质重量、保温材料重量、支撑和悬吊构架等引起的附加载荷的作用,管壁温度与过热蒸汽温度相近,即蒸汽管道是在产生蠕变的条件下工作的,此外,在锅炉启停和变负荷工况下,还要承受周期性变化的载荷和热应力的作用,即还承受低循环疲劳载荷的作用。
2.蒸汽管道用钢要求
(1)应具有足够高的蠕变强度、持久强度和持久塑性。蒸汽管道通常以10万h或20万h的高温持久强度作为强度设计的主要依据,再用蠕变极限进行校核。持久强度反映材料持久破坏的能力,蠕变极限反映材料抗长期变形的能力。材料的热强性能高,可提高蒸汽管道运行安全性,还可以减少因管壁过厚给加工工艺带来的困难。一般要求钢材在工作温度下的持久强度平均值不低于50~70MPa;在整个运行期内允许累积的相对蠕变形量不低于2%;持久强度和蠕变极限的分散范围不超过±20%,持久塑性的延伸率不小于
3%~5%。
(2)在高温下长期运行过程中应具有相对稳定的组织。
(3)蒸汽管道的热加工和焊接的工作量很大,钢材应具有良好的工艺性能,特别是焊接性能要好。
3.蒸汽管道选材
主要取决于工作温度,工作温度愈高,所用钢材的合金元素含量愈高,钢材价格亦愈高,焊接性能亦随之变差,此时,应优先考虑钢材的热强性和组织稳定性。焊接性能变差可用改善工艺措施来补救。对于同一钢号,用于蒸汽管道时所允许的最高使用温度应比用于过热器管的耐热温度低30%~50%。
(三)锅炉受热面管子的工作条件和用钢要求
1.过热器和再热器管子
(1)工作条件。过热器管和再热器管均布置在锅炉烟温较高的区域,运行中,这两种管子的管壁温度均高于管内介质温度约20%~90%,与蒸汽管道一样,它们也是在长期高温应力作用下(即在产生蠕变的条件下)工作的。此外,由于布置在炉内,还要承受高温烟气的腐蚀和烟气的磨损作用。
(2)用钢要求。
1)应具有足够高的蠕变极限、持久强度和持久塑性,并在高温下长期运行过程中具有相对稳定的组织,对于同一钢号其热强性能用于过热器管时,其允许的最高使用温度,可比用于蒸汽管道高出30%~50%。
2)具有高的抗氧化性能,所用钢材在工作温度下的氧化速度应小于0.1mm/a。
3)具有良好的冷加工工艺性能和焊接性能。
2.水冷壁和省煤器管
(1)工作条件。水冷壁管用于吸收炉膛中高温火焰和烟气的辐射热量,使管内介质受热蒸发,并起保护炉墙作用。运行中,由于管内水流的冷却作用,管子本身的工作温度并不高,但锅炉给水水质不好时,管子内壁容易产生垢蚀,燃料中含硫量高时,管子外壁还会出现硫腐蚀。
省煤器布置在锅炉尾部,其工作温度不高,但温度波动较大。对于锅筒锅炉,沸腾率大于30%时,省煤器出口部分蛇形管容易产生脉动疲劳损坏。此外,管子外壁还要受到烟气中飞灰颗粒的磨损作用。
(2)用钢要求。
1)为使管壁不至于过厚,从而有利于加工并获得良好的传热效果,应具有一定的室温和高温强度。
2)为了防止因热疲劳或脉动疲劳损伤而导致过早的损坏,具有良好的抗热疲劳性能和传热性能。
3)具有良好的抗高温烟气腐蚀性能,并要求耐磨损性能、工艺性能好,尤其是焊接性能要好。
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