Регистрация / Вход
Прислать материал

14.576.21.0085

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.576.21.0085
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнический научно-исследовательский институт"
Название доклада
Разработка методов оценки технического состояния и повышения эксплуатационной надежности котлов ТЭС на основе исследования влияния режимов их эксплуатации на эволюцию структурных превращений в металле пароперегревателей из аустенитных сталей
Докладчик
Гринь Евгений Алексеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью реализуемого проекта является повышение эксплуатационной надёжности пароперегревателей из аустенитных сталей котлов ТЭС путем разработки новых методов оценки состояния металла.
Задача исследования состояла в разработке методики контроля и оценки технического состояния пароперегревателей из аустенитных сталей котлов ТЭС с помощью магнитного ферритометра.
Актуальность и новизна исследования
Пароперегреватели – самые теплонапряженные поверхности нагрева котлов ТЭС. На пароперегревательный тракт приходится 58,6% повреждений.
Основная причина повреждений змеевиков пароперегревателей – перегрев инициированный тепловой неравномерностью. Тепловая неравномерность возникает из-за неравномерного распределения расхода пара по трубам, неоднородного поля скорости и неравномерного поля температуры дымовых газов на входе в пароперегреватель. Неравномерное распределение расхода пара связано с конструктивной нетождественностью и различиями гидравлических сопротивлений отдельных труб. Неоднородное поле скорости и неравномерное поле температуры дымовых газов связано преимущественно с нарушениями топочного режима котла. Следствие тепловой неравномерности – появление разверенных труб с максимальной температурой эксплуатации и минимальным остаточным ресурсом металла.
Практика показала, что применяемые методы контроля металла поверхностей нагрева необъективны и имеют существенные недостатки, они не позволяют выявить тепловую неравномерность. В этой связи возникает необходимость в создании новых методов оценки технического состояния металла пароперегревателей для повышения эксплуатационной надёжности котлов ТЭС. Установлено, что наиболее перспективным методом обнаружения тепловой неравномерности является магнитная ферритометрия изменённого слоя металла, формирующегося под действием температуры и времени на наружной поверхности аустенитных труб.
Описание исследования

Для установления связи структурных превращений (образования измененного слоя) в металле с режимом эксплуатации пароперегревателей проведено экспериментальное исследование.

Проведены жаропрочные и жаростойкие исследования на экспериментальных образцах труб пароперегревателей из сталей 12Х18Н12Т, 10Х13Г12БС2Н2Д2 и 10Х16Н16В2МБР при окислении воздухом и синтетической золой из Na2SO4 и V2O5 в диапазоне температур от 600 до 700°С в течение приблизительно 8000 ч., для установления зависимости содержания ферритной фазы от окислительной среды, температуры, времени и напряжения испытания.

С помощью оптического и электронного сканирующего микроскопов изучены строение, элементный и фазовый состав изменённого слоя в экспериментальных образцах труб.

Одновременно испытания на жаростойкость и жаропрочность сопровождались измерением ферритной фазы в металле.

Результаты исследования
  1. Установлено, что избирательное окисление и диффузия из матрицы в окалину металлов с максимальным сродством к окислителю порождают на наружной поверхности труб структурно изменённый слой, химический состав которого отличается от состава матрицы. Слой в сталях марки 12Х18Н12Т и 10Х16Н16В2МБР обогащён никелем и состоит из фазы типа FeNi3, слой в стали марки 10Х13Г12БС2Н2Д2 обогащён железом и состоит из α-Fe (феррита). Обе фазы являются сильными ферромагнетиками в отличие от парамагнитных свойств сталей, из которых изготавливаются пароперегреватели.
  2.  Магнитные свойства фаз позволяют применять магнитные методы контроля. Наиболее эффективным методом обнаружения измененного слоя на наружной поверхности труб является магнитная ферритометрия.
  3.  Толщина слоя зависит от начальных концентраций окислителя и окисленного металла, молекулярных масс оксида, окислителя и окисленного металла в оксиде, плотностей оксида и окисленного металла, энергии активации диффузии, времени и температуры окисления. Эта зависимость выражена аналитическим уравнением, определяющим толщину измененного слоя как функцию указанных выше параметров, связывающую степень структурных превращений на поверхности змеевиков из аустенитных сталей с температурой и временем эксплуатации.
  4.  Проведенные экспериментальные исследования позволили установить закономерности эволюции измененного слоя и определить значения предэкспоненциального множителя и энергии активации диффузии в полученном теоретическом уравнении. Результаты исследования эволюции слоя послужили основой, для разработки методики контроля состояния металла с выявлением тепловой неравномерности и разверенных труб аустенитных пароперегревателей с помощью магнитного ферритометра, для последующей оценки остаточного ресурса.
Практическая значимость исследования
Результаты проведенного исследования будут использованы специализированными организациями при проведении технического диагностирования для оценки остаточного ресурса и отбраковки перегретых змеевиков пароперегревателей энергетических котлов, эксплуатируемых на ТЭС.
Реализация разработанной методики оценки технического состояния приведет к повышению точности определения остаточного ресурса пароперегревателей из аустенитных сталей котлов ТЭС, снижению их повреждаемости и существенному сокращению эксплуатационных затрат владельцев энергооборудования.