CN102607008B - 一种超超临界塔式锅炉水冷壁螺旋段上部材料选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超超临界塔式锅炉水冷壁螺旋段上部材料选择方法，其特征在于，步骤为：将与T23钢在超超临界塔式锅炉水冷壁的使用温度区间的许用应力值接近的未舍弃材料作为候选材料，计算得到管子最高允许温度；判断管子最高允许温度、当前候选材料的抗氧化温度与最高平均壁温之间的余量能否满足锅炉安全可靠运行需要，若能，则判断采用当前候选材料制作管子的制作工艺是否可行，若可行，则将当前候选材料确定为最终制作材料。通过本发明提供的方法能够选出替代T23钢来制作百万等级超超临界塔式锅炉水冷壁螺旋段上部的材料，从而解决T23钢可焊性不理想的问题，使得百万等级超超临界塔式锅炉水冷壁不易泄漏。

Description

一种超超临界塔式锅炉水冷壁螺旋段上部材料选择方法

技术领域

本发明涉及一种百万等级超超临界塔式锅炉水冷壁螺旋段上部材料的选择方法。

背景技术

目前，在百万等级超超临界塔式锅炉中主要应用的水冷壁螺旋段上部材料为T23钢，该材料由日本三菱重工和住友金属联合开发，1995年6月被ASME接受，CODE CASE号2199，2000年被纳入ASTM A213标准，近年来在国内外得到了广泛应用。根据住友金属及V&M(瓦卢瑞克·曼内斯曼钢管公司)的资料介绍，T23钢的可焊性很好，可不预热焊接，焊后可不热处理。但根据斜Y试验的结果表明T23钢的预热温度至少达到100℃以上时，才能保证无裂纹，相关生产实践也已表明T23钢有一定的冷裂和再热裂纹敏感倾向，可焊性并没有理论上那么理想。

至今，采用T23钢制作的1000MW超超临界塔式炉水冷壁已发生多次泄漏，迫切需要选用一种成熟的可焊性优良的材料来替换用于制造水冷壁螺旋段的T23钢。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够选出替代T23钢来制作百万等级超超临界塔式锅炉水冷壁螺旋段上部的材料的方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种超超临界塔式锅炉水冷壁螺旋段上部材料选择方法，其特征在于，步骤为：

步骤1、根据常用规格，初步确定超超临界塔式锅炉水冷壁螺旋段上部的管子外径；

步骤2、计算出管子的最高平均壁温；

步骤3、将与T23钢在超超临界塔式锅炉水冷壁的使用温度区间的许用应力值接近的未舍弃材料作为候选材料；

步骤4、计算通过当前候选材料制得的管子的最小壁厚t_min＝0.005*D+P*D/(2*S+P)，其中，D为管子设计外径，P为管子的设计压力，S为当前候选材料在与最高平均壁温所对应的许用应力，圆整得到当前候选材料所对应的管子壁厚；

步骤5、根据管子壁厚反向推算出与其对应的管子最高允许温度；

步骤6、将管子最高允许温度、当前候选材料的抗氧化温度分别与最高平均壁温比较，考察余量能否满足锅炉安全可靠运行需要，若不能，则将当前候选材料定为舍弃材料，返回步骤3，若能，则判断采用当前候选材料制作管子的制作工艺是否可行，若可行，则将当前候选材料确定为最终制作材料，若不可行，则将当前候选材料定为舍弃材料，返回步骤3。

通过本发明提供的方法能够选出替代T23钢来制作百万等级超超临界塔式锅炉水冷壁螺旋段上部的材料，从而解决T23钢可焊性不理想的问题，使得百万等级超超临界塔式锅炉水冷壁不易泄漏。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例作详细说明如下。

本发明提供了一种超超临界塔式锅炉水冷壁螺旋段上部材料选择方法，步骤为：

步骤1、根据常用规格，初步确定超超临界塔式锅炉水冷壁螺旋段上部的管子外径，该管子外径为设计外径。

步骤2、计算出管子的最高平均壁温。最高平均壁温可通过常规的锅炉水动力计算公式计算得到，在本实施例中，采用超临界锅炉水动力计算程序。

步骤3、将与T23钢在超超临界塔式锅炉水冷壁的使用温度区间的许用应力值接近的未舍弃材料作为候选材料。

步骤4、计算通过当前候选材料制得的管子的最小壁厚t_min＝0.005*D+P*D/(2*S+P)，其中，D为管子设计外径，P为管子的设计压力，S为当前候选材料在与最高平均壁温所对应的许用应力，再根据设计余量和加工余量等因素圆整得到当前候选材料所对应的管子壁厚。

步骤5、根据管子壁厚反向推算出与其对应的管子最高允许温度。推算公式为步骤4中的最小壁厚计算公式t_min＝0.005*D+P*D/(2*S+P)，此时将管子的最小壁厚t_min取为管子壁厚，再结合管子设计外径D及管子的设计压力P，可以计算出许用应力S，根据计算得到的许用应力S在材料许用应力表查出材料最高允许温度。

步骤6、将管子最高允许温度、当前候选材料的抗氧化温度分别与最高平均壁温比较，考察余量能否满足锅炉安全可靠运行需要，若不能，则将当前候选材料定为舍弃材料，返回步骤3，若能，则判断采用当前候选材料制作管子的制作工艺是否可行，若可行，则将当前候选材料确定为最终制作材料，若不可行，则将当前候选材料定为舍弃材料，返回步骤3。其中，最高允许温度与最高平均壁温之间的余量根据客户要求确定，若客户没有要求，则根据经验确定，在本实施例中可以将余量定为15℃左右。而抗氧化温度只要高于最高平均壁温就可以。若步骤3的所有候选材料都不满足要求，则返回步骤1。

国内某电厂1000MW塔式炉水冷壁螺旋段上部的设计参数如表1所示：

设计参数	外径(mm)	设计压力(MPa)	最高平均壁温(℃)
				数值	38.1	33.32	514

表1

针对该表的螺旋段上部，通过本发明提供的方法选择得到12Cr1MoVG作为T23钢的替代材料。

如表2所示，在水冷壁使用温度区间，12Cr1MoVG与T23的许用应力值相近。

表2：T23与12Cr1MoVG许用应力(MPa)比较

通过管子最小壁厚计算公式，分别计算出选用T23和12Cr1MoVG时对应的各参数值，如表3所示。

表3：T23和12Cr1MoVG对应的各参数值

通过表3可看出，T23钢和12Cr1MoVG都能满足设计参数的要求，由于T23钢的焊接工艺性能较差，需要焊前预热和焊后热处理，工艺复杂，1000MW塔式炉水冷壁螺旋段上部选用Φ38.1×7.2mm的12Cr1MoVG仍有18℃的余量，可以满足锅炉安全可靠运行需要，且焊接性能良好，工艺简单。

该电厂1000MW塔式炉水冷壁螺旋段上部已改用Φ38.1×7.2mm的12Cr1MoVG替代Φ38.1×6.78mm的T23材料。目前，在安装、运行过程中未出现安全问题。

Claims (1)

1.一种超超临界塔式锅炉水冷壁螺旋段上部材料选择方法，其特征在于，步骤为：

步骤1、根据常用规格，初步确定超超临界塔式锅炉水冷壁螺旋段上部的管子外径；

步骤2、计算出管子的最高平均壁温；

步骤3、将与T23钢在超超临界塔式锅炉水冷壁的使用温度区间的许用应力值接近的未舍弃材料作为候选材料；

步骤4、计算通过当前候选材料制得的管子的最小壁厚t_min＝0.005*D+P*D/(2*S+P)，其中，D为管子设计外径，P为管子的设计压力，S为当前候选材料在最高平均壁温下所对应的许用应力，圆整得到当前候选材料所对应的管子壁厚；

步骤5、根据管子壁厚反向推算出与其对应的管子最高允许温度；

步骤6、将管子最高允许温度、当前候选材料的抗氧化温度分别与最高平均壁温比较，考察余量能否满足锅炉安全可靠运行需要，若不能，则将当前候选材料定为舍弃材料，返回步骤3，若能，则判断采用当前候选材料制作管子的制作工艺是否可行，若可行，则将当前候选材料确定为最终制作材料，若不可行，则将当前候选材料定为舍弃材料，返回步骤3。