高参数火力发电厂高温紧固件失效机理及评估

马立虎

华润电力（锦州）有限公司121000

摘要：高温紧固件是火力发电厂的重要组成，其检修工作的开展直接影响整个火力发电厂的运行和发展，特别是作为一些建设多年的老火电厂，其高温紧固件在使用的过程中存在比较严重的超期服役、螺栓失效、断裂等问题，使得整个火电发电厂机组在运行的过程中出现了比较严重的安全风险。为此，文章结合高参数火力发电厂运行实际情况，就高参数火力发电厂高温紧固件失效机理和运行优化问题进行探究。

关键词：高参数火力发电厂；高温紧固件；失效机理；评估；预防

社会经济的快速发展离不开稳定电力的供给支持，在电力事业的深化发展下，一些新技术、新设备开始被人们应用到电力事业中，为电力事业的可持续发展提供了重要支持。火力发电厂是我国社会经济稳定发展的重要动力支持，而高温固定件是火力发电厂运行发展的重要零部件，能够为火力发电厂的长远、稳定运行提供重要的动力支持。为此，在火力发电厂运行发展中需要相关人员采取有效的措施来确保高温紧固件的安全稳定，应用科学的标准和规定来检验火力发电厂的高温紧固件。

一、高温紧固件的断裂部位

为了能够更好的调查研究高参数火力发电厂高温紧固件失效原因，对该地区所投产的四台机组进行了相应的调整和分析。在整合各类资料之后发现，热电厂一号机组和二号机组在1959年投入到至今一共用了额200000h，在长时间的运行下，服役螺栓从没有进行拆卸和恢复处理，因而在运行过程中出现了如表一所示的各类螺栓断裂情况，根据表一发现，有80%比例的螺栓断裂位置是在螺栓载丝端螺纹根部退刀槽上，少数发生在螺帽下端的螺纹应力集中位置上，且大部分的面积不再具备金属光泽，有的甚至出现了锈蚀现象。

表一：螺栓断裂数量统计分析表

二、高参数火力发电厂高温紧固件失效试验分析

某公司使用当地锅炉厂的1000MW机组，自动投产之后运行稳定，但是从去年开始的时候出现了比较明显的异常振动现象，在出现这种现象之后企业安排专门的人员对事故情况进行检查维修，对机组进行拆解处理，在经过一系列的操作之后发现高压调门螺栓出现了三根断裂现象。

（一）整体形象分析

高参数火力发电厂断口位置上反映了失效零部件在断裂过程中所展现的抵抗变形的能力，也凸显了断裂之后的一系列痕迹，在对断口分析之后不仅能够了解高参数火力发电厂高温紧固件的材质、受力情况，而且还能够对高参数火力发电厂高温紧固件的断裂根源和扩张方向进行综合性的判断分析，从而在根本上找到高参数火力发电厂高温紧固件出现断裂的基本原因。

在借助先进光镜分析之后发现，一号机组的试样端口呈现出暗灰色的塑性变形，断口基本上和受力方向呈现出垂直的状态，机组的内壁呈现出纹源形状，显示出疲劳断裂的基本痕迹。在具体操作的过程中为了能够更好的观察断口的形貌，应用电镜观察之后发现一号机组和二号机组试样出现了主次裂纹的基本状态。在对高参数火力发电厂高温紧固件断口腐蚀情况进行全面的分析和解剖之后发现坑深较大，出现了微微裂纹的状态，且裂纹呈现出放射状态。

（二）基本构成成分分析

按照国家规定的检测指标和制度规定对高参数火力发电厂高温紧固件的化学成本进行测定分析，对各个试样断口分别取样处理，按照火花源发射光谱分析方法来综合测定其化学成分。在经过一系列的实践操作之后发现不管是对于一号机组的试样还是对于二号机组的试样，，试样的基本构成均和实际标准规定的参数相一致。

（三）基本力学性能检测

按照GB/T228的《金属材料室温拉伸试验方式》和《金属夏比缺口冲击试验方法》的规定开展力学性能检测分析，具体涵盖和涉及到的内容如下所示：

第一，布氏硬度。参照GB/T231《金属布氏硬度试验方法》开展一系列的检验，在这次试验操作中，在切口横断面的三个位置上进行取样，并对取得的试样进行打磨处理，一直到被测试样品表面的平整、光滑和整洁，最终取三个数据信息的最终平均数值作为最终的数据测量值。在通过一系列的测量之后发现，对于一号在机组的试样来讲，试样内部布氏硬度的测量数值为427，外壁内部的测量数值为420，内外壁中间位置上的硬度测量数值为417.在经过一系列的测量分析发现，一号机组试样断面位置上的布氏硬度数值达到了国家规定的标准。二号机组试样断面位置上布氏硬度比下限数值要低。第二，力学性能试验。断口形貌不仅能够体现出材料抵抗外力的能力，而且还能够体现出零部件失效之后的材料性质。将试样截成两个试验棒，之后开展高温力学性能试验分析，并对各个试样的抗压力强度进行测试分析，在此基础上开展屈服强度Rp2.0，断后伸长率和断面伸长率的测试分析，发现一号机组和二号机组试样的冲击韧性要低于标准数值，但是平均数值高于标准数值。第三，组织金相观察。为了能够更好的研究出试样内部组织变化情况，操作人员可以自行制作试样，开展金相组织观察，通过观察横截面的基本情况发现表面的裂纹开始沿着内壁烧浊向外部拓展。

三、高参数火力发电厂高温紧固件失效控制措施

第一，火力发电厂机组在大修的时候需要将现役高温紧固螺栓检修作为一项必须开展的工作，按照国家指定的标准来检查维修项目，及时清理、润滑、拆卸不符合施工要求的各个零部件，从而为火力发电厂的稳定、安全运行提供重要的参考支持。第二，应用试样硬度测试方式来检查高温紧固件的脆化程度。对于25CrMoIV的钢螺栓，需要将其硬度数值控制在HB240-HB270之间。如果25CrMoIV钢螺栓的强度不符合施工要求则是需要采取有效的措施来对其进行修理，在修理检验合格之后继续投产使用。第三，采取探伤方式加测螺栓的应力。在对火力发电厂高温紧固件大修的时候需要对螺栓的螺纹进行探伤处理，根据实际生产需要淘汰已经出现裂缝的螺栓。第四，如果不是需要全部更换螺栓，可以将新旧螺栓进行交错安排，从而增强整个高参数火力发电厂的运行稳定性和可靠性。第五，在应用新螺栓的时候需要进行必要的光谱、超声波、硬度检验，在新螺栓使用超过6年以上则是需要及时更换其零部件。第六，在高参数火力发电厂高温紧固件应用的过程中如果发现螺栓的硬度比价高、冲击数值较低、金相组织出现严重网状晶界的时候，则是需要对螺栓重新进行热处理。对于在投产过程中已经出现催化的螺栓，可以应用恢复性热处理工艺来对其重新优化处理，从而提升螺栓的韧度和强度。

结束语

综上所述，文章结合高温紧固件的断裂部位，开展了高参数火力发电厂高温紧固件失效试验，经过一系列分析发现，在高温、设备震动应力等因素的影响下，热紧高压调门螺栓时电加热棒会出现不同程度的破坏，由此严重危害了螺栓内壁的安全性和稳定性，引发一系列螺栓内壁故障，干扰了火力发电厂高温紧固件的安全使用。为此，在新的历史时期需要相关人员采取有效的措施来强化对火力发电厂高温紧固件的安全加工和施工管理，从而减少其应力集中现象。

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