Эффективность применения субструктурно-упрочненных труб на поверхностях нагрева блоков котлов сверхкритического давления
Представлены результаты исследований механико-термической обработки труб как эффективного метода повышения долговечности и надежности работы энергетического оборудования. Обобщен опыт промышленной эксплуатации труб из механико-термически упрочненной стали 12Х1МФ на поверхностях нагрева котлов сверхк...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2017 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2017
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148934 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Эффективность применения субструктурно-упрочненных труб на поверхностях нагрева блоков котлов сверхкритического давления / А.В. Грузевич // Автоматическая сварка. — 2017. — № 10 (768). — С. 43-51. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-148934 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Грузевич, А.В. 2019-02-19T09:52:48Z 2019-02-19T09:52:48Z 2017 Эффективность применения субструктурно-упрочненных труб на поверхностях нагрева блоков котлов сверхкритического давления / А.В. Грузевич // Автоматическая сварка. — 2017. — № 10 (768). — С. 43-51. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2017.10.05 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148934 621.791.052:539.4 Представлены результаты исследований механико-термической обработки труб как эффективного метода повышения долговечности и надежности работы энергетического оборудования. Обобщен опыт промышленной эксплуатации труб из механико-термически упрочненной стали 12Х1МФ на поверхностях нагрева котлов сверхкритического давления. Показана возможность и эффективность применения данного метода на примере мощностей Трипольской ТЭС. Представлені результати досліджень механіко-термічної обробки труб як ефективного методу підвищення довговічності і надійності роботи енергетичного обладнання. Узагальнено досвід промислової експлуатації труб з механіко-термічно зміцненої сталі 12Х1МФ на поверхнях нагріву котлів надкритичного тиску. Показана можливість і ефективність застосування даного методу на прикладі потужностей Трипільської ТЕС. The results are presented on investigation of mechanical-thermal treatment of the tubes as an effective method to increase the life and operation reliability of power equipment. General experience of commercial application of the tubes of mechanical-thermal strengthened steel 12Kh1MF on the heating surfaces of supercritical boilers is presented. Possibility and efficiency of application of this method is shown by the example of Trypolie HPP capacities. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Эффективность применения субструктурно-упрочненных труб на поверхностях нагрева блоков котлов сверхкритического давления Ефективність застосування субструктурно-зміцнених труб на поверхнях нагрівання блоків котлів надкритичного тиску Efficiency of application of tubes with substructure strengthening on heating surfaces of supercritical boiler blocks Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Эффективность применения субструктурно-упрочненных труб на поверхностях нагрева блоков котлов сверхкритического давления |
| spellingShingle |
Эффективность применения субструктурно-упрочненных труб на поверхностях нагрева блоков котлов сверхкритического давления Грузевич, А.В. Производственный раздел |
| title_short |
Эффективность применения субструктурно-упрочненных труб на поверхностях нагрева блоков котлов сверхкритического давления |
| title_full |
Эффективность применения субструктурно-упрочненных труб на поверхностях нагрева блоков котлов сверхкритического давления |
| title_fullStr |
Эффективность применения субструктурно-упрочненных труб на поверхностях нагрева блоков котлов сверхкритического давления |
| title_full_unstemmed |
Эффективность применения субструктурно-упрочненных труб на поверхностях нагрева блоков котлов сверхкритического давления |
| title_sort |
эффективность применения субструктурно-упрочненных труб на поверхностях нагрева блоков котлов сверхкритического давления |
| author |
Грузевич, А.В. |
| author_facet |
Грузевич, А.В. |
| topic |
Производственный раздел |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| publishDate |
2017 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Ефективність застосування субструктурно-зміцнених труб на поверхнях нагрівання блоків котлів надкритичного тиску Efficiency of application of tubes with substructure strengthening on heating surfaces of supercritical boiler blocks |
| description |
Представлены результаты исследований механико-термической обработки труб как эффективного метода повышения долговечности и надежности работы энергетического оборудования. Обобщен опыт промышленной эксплуатации труб из механико-термически упрочненной стали 12Х1МФ на поверхностях нагрева котлов сверхкритического давления. Показана возможность и эффективность применения данного метода на примере мощностей Трипольской ТЭС.
Представлені результати досліджень механіко-термічної обробки труб як ефективного методу підвищення довговічності і надійності роботи енергетичного обладнання. Узагальнено досвід промислової експлуатації труб з механіко-термічно зміцненої сталі 12Х1МФ на поверхнях нагріву котлів надкритичного тиску. Показана можливість і ефективність застосування даного методу на прикладі потужностей Трипільської ТЕС.
The results are presented on investigation of mechanical-thermal treatment of the tubes as an effective method to increase the life and operation reliability of power equipment. General experience of commercial application of the tubes of mechanical-thermal strengthened steel 12Kh1MF on the heating surfaces of supercritical boilers is presented. Possibility and efficiency of application of this method is shown by the example of Trypolie HPP capacities.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148934 |
| citation_txt |
Эффективность применения субструктурно-упрочненных труб на поверхностях нагрева блоков котлов сверхкритического давления / А.В. Грузевич // Автоматическая сварка. — 2017. — № 10 (768). — С. 43-51. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT gruzevičav éffektivnostʹprimeneniâsubstrukturnoupročnennyhtrubnapoverhnostâhnagrevablokovkotlovsverhkritičeskogodavleniâ AT gruzevičav efektivnístʹzastosuvannâsubstrukturnozmícnenihtrubnapoverhnâhnagrívannâblokívkotlívnadkritičnogotisku AT gruzevičav efficiencyofapplicationoftubeswithsubstructurestrengtheningonheatingsurfacesofsupercriticalboilerblocks |
| first_indexed |
2025-11-27T03:16:10Z |
| last_indexed |
2025-11-27T03:16:10Z |
| _version_ |
1850796622437416960 |
| fulltext |
РОИ ВО СТВЕ РА Е
43ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №10 (768), 2017
i. /10.15407/ 2017.10.05 УДК 621.791.052:539.4
Э ЕКТИВНОСТ ПРИМЕНЕНИ
СУБСТРУКТУРНО-УПРО НЕНН Х ТРУБ
НА ПОВЕРХНОСТ Х НАГРЕВА БЛОКОВ КОТЛОВ
СВЕРХКРИТИ ЕСКОГО ДАВЛЕНИ
А. В. ГРУЗЕВИЧ
Институт магнетизма НАН Украины и МОН Украины.
03142, г. Киев, бульв. Акад. Вернадского, 36, б. E- i : i .i i .
Представлены результаты исследований механико-термической обработки труб как эффективного метода повышения
долговечности и надежности работы энергетического оборудования. Обобщен опыт промышленной эксплуатации труб
из механико-термически упрочненной стали 12Х1М на поверхностях нагрева котлов сверхкритического давления.
Показана возможность и эффективность применения данного метода на примере мощностей Трипольской ТЭС. Би-
блиогр. 11. табл. 7, рис. 7.
л е в ы е л о в а е анико тер и е ка обработка упро нение тали ре ур оборудовани уб труктура
аропро но ть аро тойко ть
Повышение надежности работы поверхностей на-
грева является одним из основных условий надеж-
ной работы всего котлоагрегата.
Условия эксплуатации поверхностей нагрева в
котлах мощных энергоблоков отличаются корро-
зионной активностью среды при рабочих темпе-
ратурах, действием продуктов сгорания и других
вредных факторов на поверхность труб, что вле-
чет ускоренный износ. Все это определяет возрос-
шие требования к надежности и долговечности
работы оборудования.
Одной из основных причин аварийных остано-
вов энергоблоков большой единичной мощности яв-
ляется повреждение труб поверхностей нагрева кот-
лов. Так, выход из строя труб пароперегревателей,
связанный с перегревами металла и ускоренным
развитием ползучести, или типичные повреждения
экранной системы, связанные с развитием корро-
зионно-термической усталости и газовой коррозии,
происходят уже после 10...15 тыс. ч. работы.
Актуальная задача обеспечения надежности
эксплуатации поверхностей нагрева котлов, бло-
ков сверхкритического давления (СКД) рассма-
тривается в работе с точки зрения применения
труб из стали 12Х1М , упрочненных методом ме-
ханико-термической обработки (МТО).
Метод МТО является одним из наиболее эф-
фективных современных способов субструктур-
ного упрочнения сталей перлитного класса. Сущ-
ность метода заключается в деформировании
металла после стандартной 1 термической об-
работки (нормализация (Н) и отпуск (О)) на не-
большие обжатия выше площадки текучести и
последующего полигонизационного отжига в до-
рекристаллизационном интервале температур.
Металлургическая промышленность Украины
выпускала упрочненные МТО трубы диаметром
32...42 4...6 мм из стали 12Х1М по техническим
условиям ТУ 14-3-1072 2 . В данной работе рас-
смотрены результаты исследований МТО труб как
метода для повышения долговечности и надежно-
сти работы энергетического оборудования. Пока-
зана возможность и эффективность применения
данного метода с целью увеличения ресурса ра-
боты энергетического оборудования на примере
мощностей Трипольской ТЭС.
В соответствии с принятой технологией трубы
предготового размера по 1 в состоянии после Н
и О проходят деформирование на 10...15 % и по-
следующий отжиг при температуре 700...720 оС с
выдержкой 1,5 ч.
Дополнительная обработка не вносит измене-
ний в соотношение основных структурных со-
ставляющих (бейнита, феррита, карбидной фазы),
но приводит к изменению тонкой дислокацион-
ной структуры стали. Деформация обеспечивает
введение в решетку стали дополнительного ко-
личества дислокаций, а последующий отжиг спо-
собствует их перераспределению, частичной ан-
нигиляции и созданию термически устойчивой
субструктуры. При этом происходит фрагмен-
тация зерен, упорядочение субмикродефектов с
образованием дислокационных стенок и форми-
рование полигональной субструктуры, что дает
эффект упрочнения 3, 4 .
Данные металлографических исследований
труб из стали 12Х1М , выполненные на микро- и
А. В. Грузевич, 2017
РОИ ВО СТВЕ РА Е
44 ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №10 (768), 2017
субструктурном уровне, подтверждают эти пред-
ставления 4 .
Микроструктура стали после МТО практи-
чески не меняется. В то же время при электрон-
но-микроскопическом анализе выявлены суще-
ственные изменения субструктуры материала.
Так, для исходного состояния стали после Н и О
характерно бессистемное распределение дислока-
ций в объеме наследственных зерен. В стали по-
сле МТО наблюдается четко выраженная полиго-
низация структуры с образованием субграниц и
дислокационных стенок (рис. 1) 4 .
Сравнение кратковременных механических ха-
рактеристик стали после стандартной термообра-
ботки (Н и О) и МТО, при нормальной и повы-
шенных температурах в интервале 300...570 оС,
показало устойчивое упрочнение металла труб
после МТО при достаточном уровне пластично-
сти (табл. 1) 3, 4 . Так, при нормальной темпе-
ратуре упрочнение по пределу прочности состав-
ляет 19 % и по пределу текучести 27,5 %. При
повышенных температурах упрочнение по преде-
лу прочности, в среднем, составляет 8,4 % и по
пределу текучести 25,5 %. Величина относитель-
ного удлинения в исследованном интервале тем-
ператур составляет 17...23 %.
Важно отметить более высокую степень упроч-
нения МТО стали по пределу текучести, что обе-
спечивает стабильность созданного упрочненного
состояния в процессе длительной эксплуатации
труб при напряжениях ниже площадки текучести,
т. е. при номинальных рабочих напряжениях.
аропрочные свойства металла труб из упроч-
ненной стали 12Х1М определялись по резуль-
татам испытаний на длительную прочность, по
сопротивлению длительному разрушению при
540 оС и напряжениях в интервале 160...240 МПа.
В равных условиях испытывались образцы стан-
дартных 3 и после МТО 2 труб (табл. 2) 5 . По
данным испытаний оценивалось увеличение вре-
мени до разрушения МТО образцов по отноше-
нию к стандартным образцам.
Приведенные в табл. 2 данные свидетельству-
ют о повышенном (в среднем в 5 раз) сопротивле-
нии длительному разрушению упрочненной МТО
стали даже при статических напряжениях, в 2...3
раза превышающих номинальные эксплуатацион-
ные рабочие напряжения энергооборудования.
Таким образом, комплексное обследование
структуры, субструктуры, кратковременных и
длительных механических свойств упрочненной
МТО теплоустойчивой трубной стали 12Х1М
показало перспективность применения этого ме-
тода упрочнения для повышения надежности труб
поверхностей нагрева котлов высокого и сверхвы-
сокого давления.
Т а б л и ц а 1 . Механические свойства * металла труб из стали 12Х1МФ после стандартной термообработки (Н и О)
и МТО
, оС
Н и О МТО
в, МПа т, МПа , % в, МПа %упр. т, МПа %упр. , %
20
500 400 27,8 595 19,0 510 27,5 23,0
Требования ТУ 14-3-460 3 , не менее Требования ТУ 14-3-1072 4 , не менее
450...650 280 21 490...637 372 21
300 510 410 19,0 570 12,0 500 22,0 17,0
400 545 440 21,0 590 8,3 520 18,2 17,0
450 490 360 26,0 530 8,2 450 29,0 20,0
540 420 310 28,0 455 8,3 424 36,8 19,0
550 407 345 26,3 444 9,1 404 17,1 22,3
570 374 285 25,0 390 4,3 370 29,8 20,0
* В таблице приведены средние величины полученных механических характеристик металла.
Рис. 1. Тонкая структура ( 30000) металла труб из стали
12Х1М : а — после нормализации с отпуском; б — после
МТО
Т а б л и ц а 2 . Жаропрочные свойства металла труб из
стали 12Х1МФ при 540 оС после стандартной термообра-
ботки (Н и О) и МТО [5]
Нагрузка
при испыта-
нии, МПа
Н и О МТО
разр., ч , % разр., ч
Увеличение
разр., ч
(в число раз)
, %
160 2003 12,0 8352 4,2 13,7
180 950 25,0 2727 2,9 9,0
200 425 38,0 1643 3,9 13,0
220 109 22,5 913 8,4 10,0
240 51 23,5 270 5,3 13,0
РОИ ВО СТВЕ РА Е
45ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №10 (768), 2017
В работе приводятся результаты длительной про-
мышленной эксплуатации субстуктурно-упрочнен-
ных труб из стали 12Х1М на конвективном па-
роперегревателе низкого давления (КПП н/д) котла
ТПП-210А и панелях нижней радиационной части
(НР ) котлов ТГМП-314А блоков 300 МВт.
Длительная промышленная эксплуата -
ция труб МТО на КПП н/д пылеугольных кот -
лов ТПП-210А блока 300 МВт. Опыт примене-
ния субструктурно-упрочненных труб из стали
12Х1М на поверхностях нагрева энергетических
котлов имеет свою предысторию.
Впервые упрочненные МТО трубы в виде пря-
мых опытных вставок были установлены на вы-
ходной ступени пароперегревателя высокого дав-
ления КПП в/д котла БКЗ 210-140 ПТ с рабочими
параметрами пара: температурой 550 оС и давле-
нием 14,0 МПа 3 . В соответствии с проектом
КПП в/д котла был изготовлен из аустенитной ста-
ли 12Х18Н12Т с типоразмером трубы 32 5,0 мм.
Условия эксперимента намеренно ужесточа-
лись. Наряду с опытными вставками номиналь-
ного типоразмера на КПП в/д были установлены
вставки с утоненной стенкой трубы типоразмера
32 4,0 мм.
Упрочненные МТО вставки из стали 12Х1М
отработали на пароперегревателе 51382 ч без по-
вреждений и были демонтированы при ремонт-
ных операциях и реконструкции оборудования.
За время эксплуатации опытных вставок про-
водились систематические наблюдения за состоя-
нием труб МТО. Периодические осмотры, изме-
рительный контроль и результаты исследований
контрольных вырезок показали хорошее состоя-
ние металла.
Исследование стабильности созданного упроч-
ненного состояния в процессе длительной экс-
плуатации опытных вставок выявило, что дис-
локационные субграницы, стенки дислокаций и
фрагментация структуры сохраняются (рис. 2).
При этом происходит некоторое уширение субгра-
ниц металла за счет притока дислокаций и выде-
лений по границам дисперсных частиц карбидной
фазы. Следует отметить, что уменьшение толщи-
ны стенки до 4 мм не активизирует эти процес-
сы, что можно объяснить меньшими градиентами
температуры по сечению утоненной трубы.
Одновременно наблюдается закономерный
процесс дифференциации бейнитной и фер-
ритно-перлитной микроструктуры стали за
счет старения с образованием участков феррит-
но-карбидной смеси, выделением обособленных
карбидов и их коагуляцией. Однако сохранение
фрагментированной субструктуры обеспечива-
ет стабильность свойств и торможение скорости
ползучести стали.
Максимальная зафиксированная после 51 тыс. ч.
эксплуатации остаточная деформация труб МТО
вставок не превышала 0,63 %.
Для подтверждения стабильности прочност-
ных характеристик и пластичности труб МТО из
стали 12Х1М приводятся данные кратковремен-
ных механических испытаний вырезок из опыт-
ных вставок диаметром 32 4,0 мм КПП в/д кот-
ла ПК-41 после различных сроков эксплуатации
(табл. 3).
Как видно из приведенных данных, в первый пе-
риод эксплуатации до 5000 ч происходит частичный
возврат упрочненного состояния стали на 5...4 % по
пределу прочности, а далее снижение прочности за-
медляется и составляет 3,6...2,7 %.
Разупрочнение стали по пределу текучести не-
значительно и за все исследованное время эксплу-
атации практически не превышает 1 %.
При этом пластичность стали во всем исследо-
ванном интервале времени остается на сдаточном
уровне.
Положительные результаты эксплуатационного
опробования упрочненной МТО стали 12Х1М
на опытных вставках дали основание для про-
мышленного внедрения МТО труб взамен стан-
дартных материалов, на пароперегревателях кот-
лов ВД и СКД.
На двух котлах ТПП-210А блока 300 МВт из
труб стали 12Х1М диаметром 42 4,0 мм по-
сле МТО 4 были смонтированы 3840 змеевиков
Т а б л и ц а 3 . Механические свойства металла опытных
вставок из стали 12Х1МФ, упрочненной МТО, после раз-
личных сроков эксплуатации на КПП в/д
Время
эксплуатации, ч
Температура испы-
таний 20 оС
Температура ис-
пытаний 570 оС
в,
МПа
т,
МПа , % в,
МПа
т,
МПа , %
Исходное
состояние 630 542 22,1 396 364 30,2
4000 600 476 29,5 379 347 31,0
7000 585 455 28,5 355 314 29,5
15000 582 451 29,5 344 303 29,0
23000 565 459 31,0 294 286 29,4
Рис. 2. Тонкая структура ( 30000) металла трубы, упрочнен-
ной МТО, после 51382 ч. эксплуатации на КПП в/д
РОИ ВО СТВЕ РА Е
46 ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №10 (768), 2017
(100 %) четырех ниток пароперегревателя КПП
н/д ступени. Рабочие параметры узла: темпера-
тура пара 545 оС и давление 3,7 МПа.
Ранее на пароперегревателе котла, в соответ-
ствии с проектом, были установлены трубы из
стали 12Х2М СР 1 , что не обеспечивало надеж-
ной эксплуатации узла.
Общее число прямых и гнутых элементов из
труб после МТО, установленных на пароперегре-
вателе, составляет 3840.
При изготовлении змеевиков пароперегревате-
ля на заводе затруднений с гибкой и сваркой труб
не наблюдалось.
К настоящему времени трубы после МТО от-
работали на КПП н/д ст. котла 65374 и 68095 ч
(корпуса котла Б и А, соответственно).
Эксплуатация труб проходит, практически, без-
аварийно. За время эксплуатации на КПП н/д ст.
произошел один случай повреждения из-за свища
в сварном соединении, что составляет 0,03 % чис-
ла сварных соединений труб после МТО. При ги-
дравлических опрессовках котла после плановых
ремонтов было отбраковано 9 труб на различных
нитках пароперегревателя также по причине сви-
щей в ремонтных сварных соединениях, что со-
ставляет 2,8 % общего числа сварных стыков.
Для сопоставления можно привести данные по
повреждениям стандартных труб КПП н/д ст.
котла из стали 12Х2М СР за такой же предыду-
щий период эксплуатации. За это время аварийно
и по результатам осмотров было отбраковано 38
труб, что составляет 10 %.
В процессе эксплуатации проводится систе-
матический мониторинг за состоянием металла
упрочненных труб в периоды штатных остановов
на текущие и капитальные остановы котла, вклю-
чающий осмотры, измерения остаточной дефор-
мации ползучести, определения толщины стенки
и коррозионного износа металла труб.
На будущее планируется провести контроль-
ные вырезки для исследования структурных из-
менений и уровня механических свойств, жаро-
стойкости и жаропрочности металла в процессе
длительной эксплуатации.
Длительная промышленная эксплу -
атация труб после МТО на нижней ра -
диационной части (НРЧ) газомазутных
котлов ТГМП-314А блоков 300 МВт. Положи-
тельные результаты опробования и длительной
промышленной эксплуатации МТО труб на па-
роперегревателях котлов ВД и СКД послужили
основанием для расширения эксперимента по ис-
пользованию субструктурно-упрочненных труб на
энергооборудовании.
Безусловный интерес представляло иссле-
дование возможности применения упрочнен-
ных труб в зонах наибольшего техногенного ри-
ска на котлах СКД, которыми являются экраны
нижней радиационной части топки. Как показал
опыт эксплуатации стандартных 1 труб из стали
12Х1М , массовые повреждения экранов наблю-
даются уже в первый период эксплуатации. Ха-
рактер повреждений, практически, однотипен для
пылеугольных и газомазутных блоков. Вначале
происходит утонение стенки лобовой части трубы
за счет термоусталостного коррозионного износа
или наружной газовой коррозии. Далее утоненные
трубы разрушаются вследствие развития ускорен-
ной ползучести в условиях повышенных рабочих
напряжений.
На первом этапе эксперимента опытные пря-
мые вставки упрочненных труб были установлены
на панелях боковых экранов нижней радиационной
части (НР ) котла ТПП-210А и панелях заднего и
фронтового экранов НР котла ТГМП-314А бло-
ков 300 МВт, работающих соответственно на пы-
леугольной смеси и газомазутном топливе. Для экс-
плуатационного опробования были использованы
прямые участки труб после МТО из стали 12Х1М
диаметром 38 6,0 и 32 6,0 мм. Рабочие параметры
узла: температура среды 400...389 оС, давление
30 МПа, температура стенки трубы 460 оС.
Следует отметить, что на котлах ТПП-210А
опытные упрочненные вставки были установлены
без ошиповки и, таким образом, эксплуатирова-
лись в условиях более тяжелых, чем стандартные
ошипованные трубы НР 3 .
Результаты исследования 6 металла вырезок
из трех опытных вставок боковой стенки НР кот-
ла ТПП-210А после 21 тыс. ч. эксплуатации пока-
зали, что деформация и утонение труб за счет кор-
розии не наблюдается (рис. 3).
Выявлена начальная стадия развития коррози-
онно-термической усталости металла со стороны
наружной поверхности трубы (рис. 4).
Эксплуатация труб не сказалась на структуре
и тонкой дислокационной структуре стали даже в
наиболее напряженной части сечения — на огне-
вой стороне трубы. Состояние микроструктуры
упрочненной трубы по всему сечению однородно,
со слабыми признаками дифференциации (рис. 5,
а, б). Исследование дислокационной структуры 7
свидетельствует об отсутствии тонких структурных
изменений по сечению трубы (рис. 5, в, ). Плот-
Рис. 3. Поперечное сечение упрочненных МТО труб НР по-
сле 21 тыс. ч эксплуатации
РОИ ВО СТВЕ РА Е
47ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №10 (768), 2017
ность дислокаций, равномерно распределенных в
ферритных зернах, составляет (0,6...0,8) 10–8 см–2,
что соответствует исходному состоянию.
Однородность структурного состояния по сече-
нию труб после МТО согласуется с уровнем проч-
ностных и пластических свойств стали, которые,
практически, одинаковы на огневой и тыльной
части труб. Определение механических характе-
ристик металла при нормальной и высоких тем-
пературах после 21 тыс. ч эксплуатации показало
стабильность упрочненного состояния при сохра-
нении пластичности стали (табл. 4).
Опыт безаварийной работы вставок МТО на
НР котлов позволил перейти от эксплуатацион-
ного опробования отдельных труб к опробованию
блок-панели на заднем экране НР котла ТГМП-314А,
полностью изготовленной в заводских услови-
ях из 41 упрочненной трубы (1/2 штатной панели
НР ).
При выполнении технологических операций
по гибке упрочненных труб, контактной и ручной
электродуговой сварке труб после МТО, а также
композитных стыков труб после МТО со стан-
дартными трубами, трудностей не возникало.
Эксплуатация опытной блок-панели проходит
безаварийно. Периодическое техническое диагно-
стирование панели в процессе эксплуатации пока-
зало хорошее состояние металла. Не обнаружено
следов интенсивной наружной коррозии и утоне-
ния труб, недопустимая остаточная деформация
труб отсутствует. Гнутые участки труб и сварные
стыки также в удовлетворительном состоянии,
что свидетельствует о наследовании упрочнен-
ного состояния стали на гибах труб и в сварных
соединениях.
Срок эксплуатации опытных деталей экранов
НР котлов ТПП-210А и ТГМП-314А составил
28...31 тыс. ч.
Анализ результатов проведенного эксплуата-
ционного опробования подтвердил стабильность
упрочненного состояния труб после МТО и стал
достаточным основанием для их промышленно-
го внедрения на НР котлов блоков СКД взамен
стандартных материалов.
На двух котлах ТГМП-314А блоков 300 МВт
было установлено 46 % панелей из труб, упроч-
ненных МТО (13,5 панелей), на фронтовом, за-
днем и подовом экранах НР . Установленные па-
нели заводского изготовления, в соответствии с
требованиями 2 . Общее число установленных на
панелях гнутых и прямых элементов труб, упроч-
ненных МТО, составляет 3500 ед.
Срок промышленной эксплуатации труб после
МТО на панелях НР котлов ТГМП-314 к настоящему
времени составил 96...104 тыс. ч, в том числе опытных
вставок, оставленных в работе, 137,6 тыс. ч.
Эксплуатация труб проходит, практически,
безаварийно.
За проанализированное время работы оборудо-
вания на одном из котлов ТГМП-314А в зоне горе-
лок произошло повреждение трубы, упрочненной
МТО, по причине перегрева (менее 0,03 % числа
Рис. 4. Наружная поверхность огневой стороны стандартной (а) и упрочненной (б) труб НР после 21 тыс. ч эксплуатации
Рис. 5. Микроструктура (а, б) и дислокационная структура (в,
) упрочненной трубы НР после 1 тыс. ч эксплуатации: а,
в — огневая, б, — тыльная сторона трубы ( 1000)
РОИ ВО СТВЕ РА Е
48 ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №10 (768), 2017
установленных после МТО труб), что было свя-
зано с неудовлетворительной работой горелочно-
го аппарата котла и потребовало замены и рекон-
струкции аппарата. При плановых осмотрах, по
внешнему виду (наружная коррозия, деформация
трубы и т. п.) было отбраковано 54 трубы, упроч-
ненной МТО, что составляет 1,5 % числа установ-
ленных труб.
В процессе эксплуатации проводились систе-
матические периодические наблюдения за состо-
янием металла труб по месту и на контрольных
вырезках.
Далее приводятся данные по исследованию
вырезки одной из упрочненных МТО труб диа-
метром 32 6,0 мм фронтовой панели НР котла
ТГМП-314 после 89 тыс. ч эксплуатации.
При исследовании вырезки деформация трубы
по диаметру не выявлена.
Состояние наружной и внутренней поверхно-
сти трубы изучалось после отмывки от отложений
и специального теплового травления.
На наружной поверхности лобовой части тру-
бы имеется сетка поперечных (кольцевых) корро-
зионно-усталостных трещин (рис. 6, а). На вну-
тренней поверхности трубы выявлены одиночные
коррозионные язвины диаметром до 0,5 мм.
Для определения характера и степени корро-
зионных повреждений проводилось металлогра-
фическое исследование продольного сечения тру-
бы. Показано, что от наружной поверхности в
сечение развиваются транскристаллитные тупые
трещины, заполненные оксидами, на глубину до
0,22 мм (рис. 6, б). Коррозионные повреждения
внутренней поверхности имеют вид язвин окру-
глой формы глубиной до 0,1 мм, также заполнен-
ных оксидами.
Таким образом, суммарная глубина коррозион-
но-поврежденного слоя сечения трубы составляет
0,32 мм.
Глубина коррозии трубы после МТО оценива-
лась по суммарному износу наружной и внутрен-
ней поверхности, выраженному максимальной ве-
личиной утонения стенки, которая составила 6,7
% или 0,4 мм.
Для сопоставления проводился расчет 8 до-
пустимой глубины коррозии за тот же срок служ-
бы стандартной трубы как суммарной величины
износа внутренней поверхности в среде СКД и
наружной поверхности в среде продуктов сгора-
ния сернистых мазутов.
Как видно из приведенных в табл. 5 данных,
развитие коррозии упрочненных труб идет замед-
ленно и глубина коррозии после 89 тыс. ч оказы-
вается в 2 раза ниже предельно допустимой 8 .
Общий объем коррозионных потерь металла труб
после МТО можно рассматривать как сумму глу-
бины коррозии и глубины коррозионно-повре-
жденных слоев. Даже и в этом случае, с учетом
коррозионно-поврежденных подоксидных слоев
сечения, суммарная глубина коррозии трубы МТО
ниже допустимой для стандартной трубы из стали
12Х1М .
Приведенные данные свидетельствуют о по-
вышенной жаростойкости стали 12Х1М по-
сле МТО в условиях длительной промышленной
эксплуатации.
Существенных изменений микроструктуры ме-
талла вырезки из трубы МТО после 89 тыс. ч экс-
плуатации не выявлено. Структура состоит из до-
Т а б л и ц а 4 . Механические свойства металла опытных вставок, упрочненных МТО, боковых экранов НРЧ котла
ТПП-210А после 21 тыс. ч эксплуатации
Номер
вставки
Место вырезки образцов
(сторона трубы)
Температура испытаний 20 оС Температура испытаний 550 оС
в, МПа т, МПа , % в, МПа т, МПа , %
1
Тыльная 632 488 24,6 401 379 22,4
Огневая 633 506 22,5 401 368 22,3
2
Тыльная 645 507 22,5 419 400 20,0
Огневая 645 508 22,5 409 378 21,0
3
Тыльная 608 460 24,4 404 374 21,6
Огневая 606 450 24,2 390 360 21,4
Рис. 6. Коррозионно-усталостные трещины на наружной по-
верхности (а) и в сечении (б) упрочненной МТО труб в НР
после 89 тыс. ч эксплуатации ( 100)
РОИ ВО СТВЕ РА Е
49ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №10 (768), 2017
статочно плотных бейнитных участков, феррита и
обособленных карбидов, расположенных по гра-
ницам зерен.
В объеме ферритных зерен встречаются оди-
ночные дисперсные карбиды (рис. 7, а). Подобная
структура может быть отнесена к «сдаточной» по
шкале 1 для стали 12Х1М после Н и О.
Сравнение состояния исследованной трубы с
микроструктурой труб опытных вставок НР по-
сле 21 тыс. ч эксплуатации показывает их полную
идентичность.
Исследование дислокационной структуры
стали показало равномерное распределение фи-
гур травления в поле феррита с плотностью
(0,8...0,9) 10–8 см–2 (рис. 7, б), что незначительно
выше уровня плотности после 21 тыс. ч эксплуа-
тации. Выявлены участки регулярного построения
фигур травления с фрагментированной структу-
рой отдельных зерен (рис. 7, б), что свидетель-
ствует о стабильности полигональной структуры
МТО труб в процессе длительной эксплуатации.
Соответственно не произошло существен-
ных изменений кратковременных механических
свойств металла трубы (табл. 6), в сравнении с со-
стоянием упрочненных труб после 21 тыс. ч экс-
плуатации. Отмечается лишь снижение на 3,9 %
величины относительного удлинения, однако ме-
ханические характеристики металла трубы после
89 тыс. ч эксплуатации остаются на уровне требо-
ваний 2 .
Остаточный ресурс металла трубы МТО после
89 тыс. ч эксплуатации был оценен по уровню на-
копленной микроповрежденности стали, которая
связана с процессами зарождения и роста пор и
микротрещин 9, 10 . Интегральной оценкой из-
менений, являющихся результатом этих процес-
сов, служит величина накопленной поврежден-
ности 11 . Образцы для определения объемной
плотности материала были взяты из лобовой ча-
сти трубы.
Величина интегральной поврежденности
определялась как отношение удельного объе-
ма пор в стали в момент исследования 89 тыс. ч
к объему пор в момент разрушения. Для расчета
остаточного ресурса использовалась эмпириче-
ская зависимость относительного времени до раз-
рушения от поврежденности, полученной экспе-
риментально по изменению плотности материала
(табл. 7).
Как видно из таблицы, плотность металла тру-
бы, упрочненной МТО, после 89 тыс. ч эксплуа-
тации оказалась близкой к эталонной плотности
стандартной стали в исходном состоянии.
Таким образом, процесс накопления повре-
жденности упрочненной МТО стали во времени
эксплуатации идет заторможенно, что свидетель-
ствует о стабильности фрагментарной субструк-
туры упрочненного состояния, в которой поли-
гональные границы препятствуют продвижению
дислокаций и образованию новых микродефектов
в объеме кристаллической решетки. актическая
накопленная микроповрежденность металла тру-
бы после МТО минимальна и остаточный ресурс
после 89 тыс. ч эксплуатации остается на уровне
расчетного, т. е. не менее 100 тыс. ч.
Полученные результаты промышленной экс-
плуатации труб после МТО из стали 12Х1М
на НР котлов СКД подтверждают стабильность
упрочненного МТО состояния и сохранение экс-
Т а б л и ц а 5 . Жаростойкость МТО труб панелей фронтового экрана НРЧ котла ТГМП-314А после длительной экс-
плуатации (время эксплуатации 89 тыс. ч)
Образец
Глубина коррозии, мм
Наружная
поверхность трубы
Внутренняя
поверхность трубы Глубина коррозии
(общее утонение стенки)
Суммарная
глубина коррозии
Утонение Подоксидный
слой Утонение Подоксидный
слой
Труба после МТО - 0,22 - 0,10 0,40 0,72
Труба после Н и О
(расчетные данные) 0,71 - 0,13 - 0,84 0,84
Рис. 7. Микроструктура (а) и дислокационная структура (б)
упрочненной труб НР после 89 тыс. ч эксплуатации ( 1000)
Т а б л и ц а 6 . Механические свойства металла труб по-
сле МТО фронтового экрана НРЧ котла ТГМП-314А по-
сле эксплуатации (температура испытаний 20 оС)
Время эксплу-
атации, тыс. ч в, МПа т, МПа , %
21 (опытные
вставки) 606...645 450...508 22,5...24,6
89 490...637
623...692
372
511...557
≥ 21
21,1...20,7
≥
В знаменателе значения в соответствии с 4 .
РОИ ВО СТВЕ РА Е
50 ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №10 (768), 2017
плуатационной надежности стали в течение дли-
тельных сроков службы.
Выводы
1. Систематические периодические наблюдения за
состоянием металла труб показали, что в процессе
эксплуатации дислокационная полигональная субс-
туктура стали, обеспечивающая эффект упрочнения,
остается стабильной. Соответственно не выявлены
существенные изменения механических, жаропроч-
ных свойств и жаростойкости стали. Недопустимое
утонение стенки труб за счет наружной коррозии не
установлено. Сварные соединения труб после МТО,
выполненные контактной и ручной сваркой, в удов-
летворительном состоянии. Накопление микропо-
врежденности стали после МТО идет замедленно и
остаточный ресурс металла труб после длительной
эксплуатации сохраняется на уровне расчетного —
не менее 100 тыс. ч.
2. Обобщен опыт промышленной эксплуата-
ции труб из упрочненной МТО стали 12Х1М
на поверхностях нагрева котлов СКД. Показана
стабильность упрочненного после МТО состоя-
ния в процессе эксплуатации, длительностью до
104 тыс. ч. Повреждения труб после МТО за ука-
занный срок эксплуатации не превышают 0,1 %
общего количества установленных.
3. Положительный опыт длительной промыш-
ленной эксплуатации упрочненных МТО труб из
стали 12Х1М на поверхностях нагрева блоков
СКД свидетельствует о технической и экономиче-
ской целесообразности использования таких труб
в энергетике, что обеспечивает увеличение дол-
говечности ответственных узлов энергооборудо-
вания более, чем в 5...6 раз и решает актуальную
задачу повышения эксплуатационной надежности
ответственных узлов оборудования.
Список литературы
1. ГП «НИТИ» (2009)
рубы тальные бе шовные дл па-
ровы котлов и трубопроводов.
2. Минчермет СССР (1982) рубы таль-
ные бе шовные олодноде ор ированные е анико тер-
и е ки обработанные и тали дл паровы
котлов и трубопроводов.
3. Гордиенко Л. К., Векслер Е. ., айковский В. М. и др.
(1981) Опыт эксплуатации упрочненных труб на поверх-
ностях нагрева котлов высокого давления. нер етика и
лектри икаци , 3, 21–24.
4. Векслер Е. ., Можаренко И. П., ридман З. Г. и др.
(1986) Субструктурное упрочнение котельных труб из
стали 12Х1М . а е, 2, 9–11.
5. Можаренко И. П., Долинская Л. А., Векслер Е. . и др.
(1976) Структура и свойства котельных труб из сталей
12Х1М после механико-термической обработки. е-
талловедение и тер и е ка обработка, 1, 2–4.
6. Векслер Е. ., Можаренко И. П., айковский В. М. и др.
(1980) Эксплуатация упрочненных механико-термиче-
ской обработкой труб НР из стали 12Х1М . нер е-
тик, 5 , 22–23.
7. Векслер Е. . (1972) Исследование изменений дислока-
ционной структуры стали 12Х1М в процессе эксплуа-
тации. епло нер етика, 10, 61–65.
8. Минэнергомаш СССР (1977) уковод ий те ни е кий
атериал . Котлы паровые стацио-
нарные сверхкритического давления. Методика расчета
коррозионных потерь и температурного режима экран-
ных труб.
9. Векслер Е. ., Замекула И. В., Толстов В. ., Семешко
Е. В. (2009) Оценка остаточного ресурса паропроводов
высокого давления тепловых электростанций по уров-
ню микроповрежденности металла. нер етика та елек-
три кац , 5 , 31–40.
10. Векслер Е. ., Замекула И. В., Толстов В. ., Семешко
Е. В. (2010) Технология диагностирования и оценка оста-
точного ресурса паропроводов высокого давления тепло-
вых электростанций по уровню микроповрежденности
металла. е ни е ка диа но тика и нера руша ий
контроль, 1, 23–31.
11. елдубовский А. В., Сердитов А. Т., Ключников . В. и
др. (2013) Метод оценки остаточной долговечности мате-
риала в условиях длительного статистического нагруже-
ния. о то но вропей кий урнал передовы те ноло-
ий, 3/7 (63), 24.
References
1. P I I (2009) 14-3-460:2009/ 27.2-05757883-
207:2009:
i i .
2. i SSS (1982)
i i .
3. i , . ., , E. ., C , . . .
(1981) E i i
i i - i .
, 3, 21-24 i i .
4. , E. ., , I.P., i , . . . (1986)
S i i 12 1
. ., 2, 9-11 i i .
5. , I.P., i , . ., , E. .
. (1976) S i i
12 1 i - .
, 1, 2-4 i i .
6. , E. ., , I.P., C , . . .
(1980) O i i - -
i i 12 1 .
, 5 , 22-23 i i .
7. , E. . (1972) E i i i i
12 1 i i . ,
10, 61-65 i i .
8. i SSS (1977) S
i i i i . P i
i -
i i .
9. , E. ., , I. ., , . . . (2009)
i i i - i i
i .
, 5 , 31-40 i i .
Т а б л и ц а 7 . Расчет остаточного ресурса по микроповрежденности металла трубы, упрочненной МТО, фронтового
экрана НРЧ котла ТГМП-314А после 89 тыс. ч эксплуатации
Объект исследования Время эксплуатации,
тыс. ч
Плотность,
г/см3
Поврежденность Остаточный
ресурс, тыс. ч
Труба после МТО фронтового экрана НР 89 7,831 0,1 100
Сталь 12Х1М после Н и О 11, 12 Исходное состояние 7,835 0 100
РОИ ВО СТВЕ РА Е
51ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №10 (768), 2017
10. , E. ., , I. ., , . . . (2010)
i i i i
i - i i
i .
, 1, 23-31 i i .
11. , . ., S i , . ., i , . . .
(2013) i i i
i i - i i .
, 3/7(63), 24 i i .
А. В. Грузевич
нститут магнетизму НАН Укра ни та МОН Укра ни.
03142, м. Ки в, бульв. Акад. Вернадського, 36, б.
E- i : i .i i .
Е ЕКТИВН СТ ЗАСТОСУВАНН
СУБСТРУКТУРНО-ЗМ ЦНЕНИХ ТРУБ
НА ПОВЕРХН Х НАГР ВАНН БЛОК В КОТЛ В
НАДКРИТИ НОГО ТИСКУ
Представлен результати досл джень механ ко-терм чно об-
робки труб як ефективного методу п двищення довгов чност
над йност роботи енергетичного обладнання. Узагальнено
досв д промислово експлуатац труб з механ ко-терм чно
зм цнено стал 12Х1М на поверхнях нагр ву котл в надкри-
тичного тиску. Показана можлив сть ефективн сть застосу-
вання даного методу на приклад потужностей Трип льсько
ТЕС. Б блиогр. 11, табл. 7, рис. 7.
л ов лова: механ ко-терм чна обробка, зм цнення стал ,
ресурс обладнання, субструктура, жаром цн сть, жарост й-
к сть
. . i
I i i S ES i .
36- . ., 03142, i .
E- i : i .i i .
E ICIE C O PP IC IO O ES I
S S C E S E E I O E I
S CES O S PE C I IC OI E OC S
i i i i -
i i
i i i i i i .
i i i i i -
12 1 i
i i i i . P i i i i
i i i i i
PP i i . 11 ., 7 ., 7 i .
: i - , ,
i i , , i - ,
i
Поступила в редакцию 07.06.2017
Семинар по новым технологиям ремонта
В Приазовском осударственном те ническом университете в течение 20 лет разра ат -
ваются и внедряются нов е те ноло ии ремонта ром ленно о о орудования с омо ью
зару е н и вновь разра отанн отечественн ком озитн материалов, котор е во
мно и случая озволяют резко сократить затрат и сроки в олнения ремонтн ра от,
в олнять ремонт о орудования не осредственно на месте кс луата ии, а так е восста-
навливать о орудование, не одле а ее ремонту о стар м те ноло иям. Нов е те ноло-
ии ремонтов мно ократно ис тан и рименяются на мно и ред риятия Украин .
Нако ленн й о т университет ередает в рамка недельно о семинара, за ланирован-
но о на 6-10 ноя ря 2017 ., во время которо о удет роведено о учение редставителей
ред риятия нов м те ноло иям ремонта. Кроме рактически нав ков и теоретически
знаний редставителям ред риятий удут ередан азов е те ноло ии ти ов ремон-
тов о орудования: восстановление на равляю и станков, осадочн мест на вала , вос-
становление незд од и ников, де ектно о литья, ремонт и за ита от износа кор усов
насосов, ремонт кор усн деталей с тре инами и т.д.
В результате о учения ва е ред риятие удет иметь с е иалиста, котор й в критиче-
ски ремонтн ситуа ия смо ет редло ить и реализовать ективн й метод восста-
новления ра отос осо ности узлов и ма ин.
уководитель семинара д.т.н. И А А
ро ессор ка едр «Ме аническое о орудование заводов черной металлур ии».
Консульта ии о роведению семинара о тел.: (0629) 44-65-40, 44-65-29,
акс: (0629) 52-99-24, мо .: (067) 943-45-72, E-mail: kafedramz@gmail.com
|