电厂金属材料论文

姓名:专业：指导老师：汽包水冷壁材料及事故原因摘要随着电力工业的发展，在火电厂中大容量，高参数的锅炉和汽轮机机组逐渐增多，对电厂金属材料的要求也越来越高，由于电厂金属材料多数是在高温，高压和腐蚀介质作用的长期运行，会发生组织和性能的变化，甚至可能引起某些零部件的失效，零部件失效后往往会造成严重事故，直接影响火电厂的安全发供电。因此，本文就水冷壁，汽包的用钢及其要求分析事故发生的种类和原因关键词：汽包水冷壁所用材料事故原因1.水冷壁管用钢及其要求水冷壁管：在锅炉运行时，水冷壁管和炉膛内火焰接触，燃料燃烧所产生的热量通过水冷壁管加热锅炉炉水。对水冷壁管金属来说，是用锅炉炉水冷却水冷壁管。在正常运行时，由于管内水流的冷却作用，其工作温度并不高，这种温度水平一般的耐热钢均能承受。在水冷壁管的运行过程中，容易产生“垢下腐蚀”现象。其产生与锅炉给水的水质及锅炉运行工况有关，其中尤其是锅炉水质的好坏与水冷壁管的安全运行有密切相关。此外若燃煤中含硫量高，在运行过程中会出现水冷壁管的硫腐蚀，严重时会危及锅炉的安全运行，目前解决硫腐蚀的主要措施是用表面渗铝钢管作为水冷壁管。对水冷壁管材料的主要要求有：水冷壁管金属具有一定强度（以使得管壁厚度不致于过厚，否则会影响加工与传热），传热效率高，有一定的抗腐蚀性能，工艺性能好（如冷弯、焊接等性能），在某些情况下还要求其热疲劳性能好（如在直流锅炉上）。2．汽包用钢及其要求：主要用于制造重要的受压部件，即压力容器筒体如汽包，一般由钢板卷成两个半圆或圆筒，两头加上封头焊接而成。汽包处于中温（350℃以下）、高压状态下工作，它除了受较高的内压力外，还受到冲击、疲劳载荷、热应力、水和蒸汽介质的腐蚀作用。其运行时装有大量的有压力的饱和汽水，如果因其破裂而发生爆炸，则会发生厂毁人亡的灾难性事故。所以汽包是极其重要的，它的安全运行与许多因素有关，但材料的性能却是最重要的因素之一。在制造汽包过程中，钢板要经过各种冷热加工工序，如下料、卷板、焊接和热处理等，且汽包所处的温度是饱和蒸汽的温度，因而对汽包钢板有下列要求：较高的强度（包括室温和中温强度），屈服强度和抗拉强度是设计决定许用应力的依据；高压锅炉汽包一般采用400MPa以上强度级别的钢种；良好的塑性和冷弯性能（下料和卷板等工艺的要求，加工时不易出现裂纹）；室温冲击韧性和时效冲击韧性（因其运行温度正好处于时效过程进行得较为强烈的温度范围）；较低的缺口敏感性，在锅炉制造中要在钢板表面开管孔和焊接管接头，造成应力集中；良好的焊接性能（要求低的含碳量，以防止产生焊接裂纹和应力集中），良好的冶金质量（要求S和P等杂质和气体含量尽量低、较好的低倍组织，要求钢的分层、非金属夹杂、气孔、疏松等缺陷尽可能少，不得有白点和裂纹）。汽包用钢均为低碳钢或低合金钢，均属于珠光体钢，这是由汽包的工作温度决定的。为减少汽包钢板的厚度，以适应高参数机组的发展要求，在低碳钢基础上加入少量合金元素如Mn、V、Mo、B、Nb、Re等成为低合金珠光体锅炉钢。目前，按国家标准GB713-1997《锅炉用钢板》，共有7种：20g、22Mng（SA299）、15CrMog、16Mng、19Mng（19Mn6）、13MnNiCrMoNbg和12Cr1MoVg等；其余标准中的钢板见表1。表1钢板钢的种类钢号标准编号适用范围工作压力（MPa）壁温（℃）碳素钢Q235-A,Q235-BGB700GB3274≤1.0-Q235-C,Q235-D15,20GB710,GB711,GB13237≤1.0-20RGB6654,YB(T)40≤5.9≤45020gGB713≤5.9≤45022gYB(T)41合金钢12Mng,16MngGB713,YB(T)41≤5.9≤40016MnRGB6654,B(T)40≤5.9≤400下面介绍一下比较重要、常用的锅炉汽包板材。1）20g钢板：是锅炉上最常用的碳钢板。它有适当的强度和良好的塑性，还有良好的冶炼、制板、焊接、热处理和冷热成型等工艺性能。它的用途极广泛，主要用于工作温度≤450℃的中低压锅炉做锅筒及法兰、集箱端盖等件，但在大型锅炉中用量较少，主要用在压力较低的部位。国外相近牌号有德国的HⅡ、日本的SB42和俄罗斯的20K。其化学成分C≤0.2，Si0.15-0.30，Mn0.50-0.90，S≤0.035，P≤0.035；热轧或热处理后的强度水平σs≥185-245，σb≥380-530MPa；塑性δ≥22-26。2）19Mn6（P355GH、19Mng）钢板：是DIN17155标准中的钢号，其是在以前的19Mn5的基础上调整了Mn含量，并将一些强化元素控制在较低的水平，以保持力学性能与19Mn5相同，是C-Mn细晶粒低合金钢，其在EN10028中的牌号为P355GH。该钢具有良好的综合力学性能，其在500℃以下的高温力学性能优于碳钢；还具有良好的可焊性以及冷热加工等工艺性能。它主要用于代替22g和16Mng制造高压锅炉的锅筒和封头，在我厂的300MW锅炉的高压加热器和低压加热器制造中也得到应用；也可用于石油化工设备中的高压容器和其它焊接结构件。相近牌号有中国的GB713中的19Mng、16Mng、美国的SA299、日本的SB49和俄罗斯的16гс。其化学成分C0.15-0.22，Si0.30-0.60，Mn1.00-1.60，S≤0.030，P≤0.035，Al≥0.020，其余有少量限制了上限的合金元素；正回火态下强度水平σs≥300-310，σb≥510-610MPa；塑性δ≥20。3）SA299（22Mng）钢板：是ASME规范中的成熟钢号，为一种成分简单的碳-锰-硅钢，其化学成分和强度级别类似于我国的16Mng和德国的19Mn6，但含碳量更高。常温屈服强度不低于275MPa。该钢的力学性能稳定并有良好的塑性、断裂韧性和抗疲劳裂纹扩展的性能，缺口效应不敏感，钢板厚度方向力学性能也较为均匀。它有良好的冶炼、制板、焊接和成型工艺性能。它主要用于制造工作温度不高于400℃的300MW和600MW机组锅炉的汽包、下降管、弯头和下环形集箱。相近牌号有中国的GB713中的22Mng该钢在我厂应用较少，若今后我厂有300MW和600MW机组锅炉订货，要求按ASME规范制造，可选用此钢制造汽包等部件。其化学成分C≤0.28-0.30，Si0.13-0.45，Mn0.90-1.40，S≤0.040，P≤0.035，其余有少量限制了上限的合金元素；正火态（或轧态）下强度水平σs≥275-290，σb≥515-655MPa；塑性δ≥20。4）BHW35钢板：BHW35为德国梯森钢厂的钢号，是德国六十年代研制成功的可焊贝氏体型耐热结构钢；其在EN10028中的牌号为13MnNiMo54；我国将其移植到GB713，牌号为13MnNiCrMoNb。它是一种添加有镍、铬、钼和微量铌（铌起细化晶粒并强化的作用）的细晶粒低合金钢。该钢有较好的综合力学性能，有较高的高温屈服点和对裂纹不敏感的特性，良好的焊接性能和工艺性能。适用于工作温度不超过400℃的各种焊接件，如锅筒、压力容器等构件。我厂主要用其制造200MW、300MW高压、超高压的锅炉汽包，厚度较厚。其化学成分C≤0.15，Si0.10-0.50，Mn1.00-1.60，S≤0.025，P≤0.025，Cr0.20-0.40，Ni0.60-1.00，Mo0.20-0.40，Nb0.005-0.022；正回火态下强度水平σs≥380-390，σb≥570-740MPa；塑性δ≥18。在七十年代初我国锅炉制造行业就引入了该钢，由于有优良的力学性能、良好的焊接及工艺性能，得到了各大锅炉厂的重视和应用，主要用于制造200MW锅炉汽包、高压加热器和压力容器等产品。83年我厂在300MW锅炉汽包的选材时，对BHW35和SA299钢板的性能进行了对比，采用BHW35可使锅炉汽包壁厚减小1/4（从203mm降为145mm），经制造和运输带来极大好处。多年来，我厂已经用此钢制造了300MW锅炉汽包约50台，对BHW35的焊接性能和工艺性能已经完全掌握，积累了丰富的生产经验，并制定了和种规程，我厂对其母材和焊接头做了大量的性能试验，特别是特殊性能试验。各种试验结果均表明该钢板及焊接头有较好的性能。目前我国国内已经具备生产BHW35厚板的能力。5）12Cr1MoV钢板：12Cr1MoV为前苏联研制的低合金锅炉用钢，我国五、六十年代引入该钢种，原先一直作为锅炉钢管的主要用钢。该钢具有较好的热强性能和持久塑性，并具有较好的热加工工艺性能和焊接工艺性能，但对热处理较敏感。根据我国电站锅炉制造的要求，我国又研制生产了研制生产了12Cr1MoV钢板。主要用于火电机组锅炉的联箱封头、吊耳，受热面低温段的定位板和吊架支座等部件。其化学成分C0.08-0.15，Si0.17-0.37，Mn0.40-0.70，S≤0.030，P≤0.030，Cr0.90-1.20，Cu≤0.20，Ni≤0.25，Mo0.25-0.35，V0.15-0.30；正回火态下强度水平σs≥235-245，σb≥430-440MPa；塑性δ≥19。3.事故的原因3.1造成锅炉发生事故的原因是多方面的,归纳起来主要有以下4个方面：　　（1）设计制造方面：结构不合理,材质不符合要求,焊接质量不好,受压元件强度不够,以及其他设计制造不良方面的原因。　　（2）运行管理方面：违反劳动纪律,违章作业;设备失修、超过检验周期,没有进行定期检验;操作人员不懂技术;无水质处理设施,或水质处理不好,其他运行管理不善方面的原因。　　（3）安全附件：不全或失效、不灵。　　（4）安装、改造、检修质量不好,以及其他方面的原因。3.2锅炉事故的种类：　　（1）、锅炉爆炸事故锅炉爆炸总是在受压元件最薄弱的失效部位,然后由汽、水剧烈膨胀引起锅内大量的水发生水锤冲击使裂口扩大。　　立式锅炉破裂,多数在下脚圈处,大量蒸汽从裂口喷出,就象火箭腾空飞起,可能飞离几十到几百米远。　　卧式锅炉的爆炸,易发生在锅筒下腹高温辐射区或者内燃炉膛上方高温辐射区,由于在炉膛内部,锅炉本体最可能是前后平行飞动。参考文献[1]宋琳生电厂金属材料第四版中国电力出版社[2]锅炉金属材料百度文库[3]中国知网“这位姑娘，听老僧一句话，男人们所说的女汉子，是指那种相貌娇美性格刁蛮的小公主型，绝不是施主你这种形神兼备型的。”