Применение разработанной в ОАО «ВТИ» методики расчёта ресурсных характеристик поверхностей нагрева, базирующейся на результатах изучения поведения сталей перлитного класса марки 12Х1МФ и аустенитного класса марки 12Х18Н12Т при параметрах близких к эксплуатационным, позволило снизить повреждаемость пароперегревателей и повысить эксплуатационную надёжность котлов ТЭС. Чем вызвано продолжение исследования служебных свойств аустенитной хромоникелевой стали?
Продолжение исследования связано с преждевременными повреждениями змеевиков котельных пароперегревателей. Обследование показало, что в некоторых случаях фактический ресурс змеевиков приблизительно в 1,5 раза меньше расчётного. Чаще всего повреждались змеевики с мелким зерном номер 9 – 10, изготовленные из нетермообработанной трубы по ГОСТ 9941–81 без нормирования размера зерна. Повреждения нередко были в виде вырыва фрагментов и сопровождались аварийными остановами энергоблоков.
Методика была разработана в 1998 г. и основывалась на данных по длительной прочности и деструкции металла труб с нормированным зерном номер 3 – 7. В то время предполагалось, что трубы для пароперегревателей должны быть термообработаны и соответствовать требованиям ТУ 14-3Р-55-2001 с нормированным размером зерна. Применение труб с мелкозернистой структурой объясняется, по-видимому, экономической причиной: по сравнению с ТУ 14-3Р-55-2001, трубы по ГОСТ 9941–81 дешевле.
Более того, в методике 1998 г. из-за несовершенства испытательного оборудования не учтён ряд эффектов, от которых также зависят служебные свойства металла и погрешность определения ресурсных характеристик элементов.
Выявление в условиях котла змеевиков с мелкозернистой структурой металла и пониженным ресурсом не является неразрешимой задачей. Рекомендации должны сводиться к замене таких элементов без промедления?
Известны примеры срока службы пароперегревателей из труб с мелкозернистой структурой на уровне 105 ч и даже больше при относительно низких температурах и давлениях среды. Замена должна быть обоснована исключительно результатами методического расчёта ресурсных характеристик с использованием данных по фактическим свойствам металла.
По каким условиям определяются ресурсные характеристики котельных пароперегревателей?
Котельные пароперегреватели работают в условиях ползучести металла, ресурсные характеристики – минимально допустимая толщина стенки и время до разрушения змеевиков – рассчитываются по условиям жаропрочности и жаростойкости металла.
Какие новые эффекты выявлены при исследовании служебных свойств аустенитной хромоникелевой стали?
Методика 1998 г. для стали марки 12Х18Н12Т основывалась на зависимости эквивалентной температуры эксплуатации от содержания интерметаллической, состоящей в равных долях из железа и хрома, σ-фазы в микроструктуре и наработки металла и зависимости времени до разрушения от эквивалентной температуры эксплуатации и напряжения в металле. Содержание σ-фазы в микроструктуре металла являлось исключительно функцией температуры и наработки. Предел длительной прочности металла являлся только функцией эквивалентной температуры эксплуатации и расчётного ресурса.
Прецизионными испытаниями с помощью современного оборудования ЦКП “Центр исследования конструкционных материалов теплоэнергетики нового поколения” ОАО “ВТИ” удалось установить, что содержание σ-фазы зависит также от размера зерна и напряжения в металле. Содержание σ-фазы тем выше, чем больше температура, напряжение в металле, наработка и чем меньше размер зерна. Предел длительной прочности зависит также от размера зерна. Предел длительной прочности тем меньше, чем больше температура, наработка и меньше размер зерна. Аустенитная хромоникелевая сталь с зерном номер 10 уступает по жаропрочности как стали аустенитного класса с нормированным зерном 3 – 7, так и перлитной стали марки 12Х1МФ.
Можно ли улучшить служебные свойства мелкозернистой аустенитной хромоникелевой стали?
Размер зерна и предел длительной прочности металла удалось увеличить до нормированного уровня, например 5, путём термической обработки трубы из мелкозернистой аустенитной стали с зерном номер 10: выдержки при температуре 1125ºС в течение 20 мин и охлаждения на воздухе.
Цель исследования?
Совершенствование прогноза ресурсных характеристик котельных пароперегревателей из аустенитной хромоникелевой стали на основе прецизионного жаропрочного испытания.
Задачи исследования?
На основании проведённых исследований получение зависимостей:
для определения эквивалентной температуры эксплуатации по содержанию σ-фазы в микроструктуре металла,
для расчёта предела длительной прочности и допускаемого напряжения в металле.
Разработка методики определения ресурсных характеристик котельных пароперегревателей из аустенитной хромоникелевой стали.