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2011.09
中国成都第九届电站金属材料学术年会
DL/T438-2009“火力发电厂金属技术监督规程”解读
李益民1赵彦芬2梁军3严苏星4蔡文河5林介东6
1.西安热工研究院有限公司;2.苏州热工研究院有限公司
3.神华国华(北京)电力研究院有限公司;4.陕西电力科学研究院
5.华北电力科学研究院有限责任公司;6.广东电网公司电力科学研究院
摘要:
对DL/T438-2009的修订背景、修订基本原则做了简要介绍,重点介绍了取消低合金钢碳化物、蠕变孔洞的检测监督、蒸汽管道不强制进行蠕胀检测的技术背景和9-12%Cr钢制高温部件检验监督技术判据的技术依据。
关键词:
DL/T438金属监督碳化物蠕变孔洞蠕胀检测9-12%Cr钢
1“火力发电厂金属技术监督规程”的历程
1983年由原水利电力部首次颁布SD107-83“火力发电厂金属技术监督规程”,为我国电力行业金属监督的第一个标准,1991年第一次修订,由原能源部颁布,标准号改为DL438。
2000年第二次修订,由原国家经贸部颁布DL438-2000,2009年第三次修订,由国家发展和改革委员会能源局颁布DL/T438-2009。
2标准属性
SD107-83、DL438-91和DL438-2000标准号中均无“/T”,DL/T438-2009标准号中加上“/T”。
“/T”意为推荐性标准。
根据《中华人民共和国标准化法》、《中华人民共和国标准化法实施条例》中的规定:
凡保障人民生命、财产安全、人身健康,环境保护和公共利益的标准,法律、行政法规规定强制执行的标准,是强制性标准。
其它为推荐性标准。
此后,我国所有的技术标准号中均加上“/T”。
中华人民共和国“工程建设标准强制性条文-电力工程部分-2006”(中华人民共和国建设部发)中涉及电力建设的有三篇“第一篇火力发电工程、第二篇水力发电及新能源工程、第三篇电气输变电工程”,其中“第一篇火力发电工程”中的强制性条文涉及到DL438、DL869“火力发电厂焊接技术规程”、DL/T820“管道焊接接头超声波检验技术规程”、DL/T821“钢制承压管道对接焊接接头射线检验技术规程”中诸多条款。
这表明在电力建设阶段相关的金属监督条款为强制性条文。
强制性条文具有法规属性,不执行就是违法。
强制性条文的法律地位表现主要在以下两点:
①一是明确了强制性条文是参与建设活动各方执行工程建设强制性标准和政府对执行情况实施监督的依据;②二是明确了列入强制性条文的所有条款都必须严格执行。
3修订的背景和依据
原规程DL438-2000的修订是依据“中国电力企业联合会部门文件标综[2005]7号文关于转发国家发改委2005年行业标准项目计划(电力行业)的通知”,修订主要考虑以下情况:
①2000年后颁布了50多个与电力金属检验监督相关的国家、电力、机械、冶金新规程。
②2000年后颁布了几十个国外相关新标准(ASME、ASTM、DINEN、BSEN)。
③超临界、超超临界机组新型耐热钢的应用。
近几年,我国的超临界、超超临界机组发展迅猛。
目前在建及投运的600MW及以上超超临界机组已达200台以上,此类机组的温度、压力高达605℃左右和26MPa。
在如此高的温度和压力下,必然采用一些新的耐热钢。
对这些新的耐热钢部件的检验监督是电厂金属工作者一个突出的新问题。
目前,国内外对这些新型耐热钢的力学性能、焊接及热处理特性进行了大量的研究,为此类机组的金属监督提供技术依据。
④机组状态检修技术的开展。
机组态检修的模式有:
基于设备风险评估的维修(RiskBasedMaintenance-RBM);可靠性维修(ReliabilityCenteredMaintenance-RCM);预知性维修(PredictiveMaintenance-PDM);预防性维修(PreventivMaintenance-PM)等。
国内目前开展的以机组高温关键部件状态评估和寿命评估为基础的设备状态检修,必然要对机组,特别是机组的关键部件,例如汽轮机转子、汽缸、发电机转子、护环、发电机绝缘、锅炉汽包、汽水分离器,高温联箱、蒸汽管道、高温过热器、高温再热器管的质量状况、材质状态作出评估。
4修订的基本原则
2006年7月,项目组第一次会议确定了以下修订的基本原则:
(1)将原规程的“1范围”与“3总则”合并并删减有关内容。
(2)引用标准采用最新的版本。
(3)取消对高温部件,特别是低合金耐热钢的碳化物检测监督(因为其规律性较差)。
(4)取消对高温部件,特别是低合金耐热钢的蠕变孔洞的检验监督(因为在未爆裂的蒸汽管道、高温联箱中,即使运行30多万小时,在光学显微镜下也未检测到确切的蠕变空洞)。
(5)不强制要求对新建机组主蒸汽管道、高温再热蒸汽管道进行蠕胀检测。
(6)增加对9~12%Cr钢制高温部件的检验监督内容。
(7)将联箱分为高温联箱和低温联箱,高温联箱监督为独立章节;低温联箱与主给水管道合并写。
原来规程将联箱与主给水管道作为一个章节。
(8)对喷水减温器联箱的检验监督内容进行增加。
(9)原规程将汽轮机与发电机作为一个章节,修订的规程将汽轮机与发电机作为独立章节。
(10)取消对发电机中心孔的检验。
因为发电机中心孔内有线棒等装置,而可检测的区段很小。
(11)对高温螺栓的检验监督与DL439相一致。
(12)由于20号钢、碳钢、15CrMo和12Cr1MoV、10CrMo910已颁布了相应的球化、石墨化标准,故取消原规程中的附录D、E和F。
对所有监督的部件强调制造、安装和机组运行的全过程检验监督。
5有关重要条款的修订说明
5.1取消对高温部件,特别是低合金耐热钢碳化物的检测监督
火力发电厂高温部件在长期高温运行过程中,金属材料不但会发生珠光体球化(在珠光体钢中)、石墨化(碳钢和钼钢),钢中合金元素还会发生在碳化物与基体间的重新分配,即基体中的合金元素会向碳化物中转移,基体中合金元素出现贫化。
另一方面,碳化物的结构类型、数量和分布也会发生变化,变化的结果是力求使碳化物变为更稳定的碳化物类型,并使其分布处于更稳定的状态。
上述过程的发生是由于高温下合金元素原子扩散的结果。
钢中合金元素在碳化物与基体间的重新分配、碳化物结构类型的变化过程与钢的化学成分、原始组织状态、运行条件(温度和时间)等因素有关。
基体中合金元素向碳化物中的转移导致了基体中合金元素的贫化,使钢的基体强度、硬度以及蠕变强度和持久强度下降。
所以,原规程7.36条中有对低合金钢制主蒸汽管道和再热蒸汽管道碳化物中Mo含量的规定,但大量的试验检测结果表明:
碳化物中合金元素的含量规律性较差。
表1四川地区火电厂蒸汽管道用钢运行不同时间后碳化物中合金元素含量的测试统计。
由表1可见:
无论是同一管道相近两点的试验数据还是相同运行历程的管道不同点处的测试数据,都存在较大的差异。
例如,成都热电厂5号炉12CrMo钢制主蒸汽管道,在510℃下运行60000h三个测点的碳化物中Cr、Mo元素占基体中该合金元素含量百分比相差一倍以上,而运行170000h的2号炉主蒸汽管道(与5号炉主蒸汽管道运行参数相同)的Mo元素含量与运行60000h的相近,无法判断运行时间对Mo元素占基体中该合金元素含量的影响。
江油电厂3号炉主蒸汽管道与5号至6号炉主汽母管均在540℃下运行100000h,其Cr、Mo元素占基体中该合金元素含量百分比也相差一倍以上。
而豆坝电厂1号炉主汽管监督段,在540℃下运行120000h后,不同测点的Cr元素含量相差近一倍,Mo元素含量相差达33%。
这表明低合金耐热钢经不同时间运行后,碳化物中合金元素含量占基体中合金元素含量的百分比的数值还比较散乱。
在其它的研究报告中也发现过类似的现象。
上述试验是在现场用电解法萃取碳化物,然后在实验室进行分析,试验中已排除了管道表面脱碳的影响。
表1四川地区一些火电厂蒸气管道用钢不同时间运行后碳化物中合金元素的含量[1]
管道名称
测点号
材料
运行时间/温度
碳化物中合金元素/基体中合金元素(%)
Cr
Mo
V
成都热电厂5号炉主汽管
测点1
12CrMo
60000h
510℃
13.67
20.93
测点2
17.18
42.31
测点3
26.57
32.56
成都热电厂2号炉主汽管
12CrMo
170000h
510℃
41.29
41.72
豆坝电厂1号炉主汽管监督段
测点1
12Cr1MoV
120000h
540℃
5.64
40.82
97.15
测点2
11.69
49.54
99.65
测点3
6.16
33.33
93.91
江油电厂3号炉主汽管
10CrMo910
100000h
540℃
43.66
40.18
江油电厂5号至6号炉主汽母管
测点2
10CrMo910
100000h
540℃
29.16
79.37
测点3
23.64
74.70
重庆电厂31号炉主汽管
测点1
10CrMo910
10799h
540℃
7.28
33.75
测点2
11.79
35.96
测点3
11.02
49.47
图1显示了12CrMo和15CrMo钢在高温下运行不同时间后碳化物中Mo元素含量占基体中Mo元素的百分比。
由图1可见:
数据分散性很大,随着运行时间的增长,分散性更大。
(a)12CrMo钢(b)15CrMo钢
图1低合金钢运行不同时间后碳化物中Mo元素含量[2]
表2列出了淮北电厂2号机组10CrMo910钢制主蒸汽管道经不同时间运行后碳化物中合金元素含量与蠕变强度、持久强度和拉伸强度的变化[3]。
由表2可见:
随着钢中合金元素从基体向碳化物中的转移,钢的蠕变强度和持久强度有所下降,但从61597小时到108471小时,钢的拉伸强度没有变化。
表210CrMo910钢不同运行时间后碳化物中合金元素含量与强度的关系
管样状态
运行时间
碳化物中合金元素/基体中合金元素(%)
σ0.2
MPa
σb
MPa
MPa
Cr
Mo
第一次割管
35132h
15.1
56.2
441(纵)
508(纵)
89.2
第二次割管
61597h
14.2
61.2
274(纵)
294(横)
515(纵)
529(横)
86.2
第三次割管
108471h
11.81
65.9
295(横)
522(横)
85.9
资料[4]综述了对1Cr-0.5Mo和2.25Cr-1Mo(10CrMo910)钢在高温下碳化物结构衍化的研究结果,表明1Cr-0.5Mo钢在高温时效过程的开始阶段,基体中的合金元素含量快速减少,晶格参数发生明显变化;随着时效时间的延长,M23C6/M3C的比值增加。
其研究结果虽有一定的趋势,但数据的分散度无法建立这些参数与时效历程的定量关系。
对2.25Cr-1Mo钢的碳化物衍化研究结果表明:
M6C的量占钢中碳化物总量的百分比随着时间的延长和温度的升高而增加,借助于Larson-Miler参数建立的LMP与M6C的关系曲线见图2。
由图可见:
M6C的量随着LMP的增加而增加,但几条曲线差异很大,图中同时显示了钢中磷含量对M6C量的显著影响。
图7-28LMP与M6C的关系曲线[23]
图2LMP与M6C的关系曲线[4]
由前所述可见:
关于合金
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