我國為什么要加緊研究鍋爐過熱器用不銹鋼管國產(chǎn)化進程

 近年來我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，也使得我國電力建設(shè)得到飛速發(fā)展，新建及在建高參數(shù)、大容量火力發(fā)電機組，如亞臨界、超臨界(SC)、超超臨界(USC)機組已成為全國各大電網(wǎng)主要運行機組。SC和USC機組工作時效率高、污染少。截至2009年年底，我國有344臺機組，其中300MW及以上的機組占69.43%，600MW及以上機組占34.17%，大部分為超臨界機組，顯示了我國電力建設(shè)發(fā)展突飛猛進超臨界和超超臨界勢必成為現(xiàn)在及將來火電發(fā)展的主流。但火電機組的高參數(shù)、大容量鍋爐等重要設(shè)備受到了耐熱鋼技術(shù)發(fā)展的制約。現(xiàn)在在SC和USC鍋爐用不銹鋼管的選擇上，不但要滿足通常的高溫應(yīng)力、高溫蠕變斷裂強度、抗高溫疲勞、抗高溫腐蝕以及抗蒸汽氧化的能力，而且要考慮其冷、熱加工性能、性價比等因素。加快發(fā)展SC和USC機組的關(guān)鍵就在于選擇綜合指標最優(yōu)的耐熱鋼。根據(jù)有關(guān)報道，事實上有20 多個火力電站發(fā)生鍋爐過熱器和再熱器管由于氧化皮脫落堆積堵塞而引起管道爆裂的嚴重事故。從某電站的幾個600MW SC機組發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生氧化皮的周期為4000～9000小時，遠遠低于一些文章中提到的鍋爐工作30000h 后會產(chǎn)生氧化皮的結(jié)論。

 亞臨界、超臨界、超超臨界機組在應(yīng)用中增大了蒸汽參數(shù)，出現(xiàn)的主要技術(shù)難點是金屬材料耐高溫、高壓，以及新型耐熱鋼金屬材料的焊接、熱處理等問題。與此同時大型火力發(fā)電機組鍋爐中普遍使用具有良好的物理、化學(xué)及力學(xué)性能的不銹鋼制造鍋爐管道，不銹鋼管具有很好的可加工性、焊接性、機械性能(強度、韌性及延伸性)及很好的耐腐蝕性能。不銹鋼管的蠕變斷裂強度和熱強度比低合金鋼更高，但是不銹鋼管也存在缺點，比如應(yīng)力腐蝕敏感性高、熔點低、電阻率高、導(dǎo)熱性低、膨脹系數(shù)高以及異種鋼焊接接頭早期失效。在電站里由于單機容量和蒸汽測試的增長，鍋爐管爆裂成為威脅電站安全性的首要問題。因爐管爆破而被迫停爐是一種常見的事故，這種事故的性質(zhì)很嚴重，需要停爐檢修，如果爆破口較大，就會有大量汽水噴出傷人，甚至沖塌爐墻，使事故擴大。超超臨界機組一般要工作三十多年，有的甚至達到四五十年。很多重要部件在高壓高溫下長年累月工作，要承受高溫蒸汽氧化、高溫?zé)煔飧g、熱疲勞、固體顆粒沖蝕(Solid Particle Erosion)  等考驗。

 火電廠運行中的鍋爐壓力容器和壓力管道具有爆破的安全隱患，如果不慎疏忽很容易引發(fā)爆炸或者泄漏等事故，極具破壞性，直接威脅著整個電廠的人身安全和運行安全，如圖1-2所示。歷史上此類災(zāi)難性的事故有很多，如在1993年浙江寧波北侖港電廠發(fā)生的鍋爐爆炸事故中，23人死亡，24人不同程度受傷。2004年河北武安市新興鑄管電廠鍋爐爆炸，13人死亡，8人受傷。因此，電站鍋爐壓力容器和壓力管道的無損檢測是重中之重，事關(guān)國計民生。

 據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，30% 的“四管泄漏”是過熱器不銹鋼管發(fā)生問題，這項數(shù)值來自于北美電力可靠性委員會(NERC)發(fā)電可用率數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(GADS)。四管泄漏中的四管是指過熱器管子、再熱器管子、水冷壁管子和省煤器管子。電廠事故中約63.2%為鍋爐事故，其中有86.7%的鍋爐事故為承壓部件泄露事故，這是由于燃煤鍋爐惡劣的工作條件；可是，機組長時間運行無疑會導(dǎo)致鍋爐管內(nèi)氧化皮的產(chǎn)生，隨著氧化皮的堆積到達一定程度以后，在一些因素(如溫度變化、停爐、啟爐)的影響下，氧化皮特別容易堵塞在管道彎頭位置。這種氧化物脫落堵塞使電站存在著安全隱患，可直接引起管道爆裂，此類案例已多有記載，揚州第二發(fā)電站、寶鋼電站都有過類似鍋爐爆管事故。因此，氧化皮堵塞檢測問題亟待解決。由于存在著如上所述的問題，電站鍋爐無損檢測的關(guān)鍵就在于對氧化皮的檢測，這對我國國民經(jīng)濟的發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。