科创中国

行业领域

电力、热力、燃气及水生产和供应业,电力、热力生产和供应业

需求背景

火电机组的发展已经历百年，发达国家超临界机组运用已有50年历史。20世纪50年代，苏联、美国、西德、日本相继研制超超临界火电机组。由于当时耐热钢性能达不到设计要求，机组后来不得不退回到超临界参数运行。20世纪70年代，世界能源危机的发生促使各国重新对超超临界火电机组产生兴趣，开始对超超临界火电机组用耐热钢重新进行系统研究。20世纪80年代初，美国能源部委托橡树岭国家实验室（ORNL）与燃烧工程公司（CE）联合成功研发了铁素体耐热钢T/P91，该钢填补了T/P22和TP304H之间的空白，火电机组才由超临界成熟地进入低参数超超临界阶段。T/P92钢是20世纪90年代由日本新日铁公司在T/P91的基础上通过增加W含量至***%，减少Mo含量至***%而研发产生的，使其蠕变断裂强度和使用温度进一步提高，且比奥氏体耐热钢具有低的热膨胀系数，低成本的优势和优异的综合性能而成为新一代超超临界电站机组的理想用钢。

至今，P91/P92钢在国内外的超临界和超超临界发电机组的高温承压部件，如主蒸汽管道、集箱、导汽管等部件上得到广泛应用，以填补奥氏体不锈钢和低Cr铁素体耐热钢之间的巨大空白，取得了良好的经济效益。并且，国内市场对于T/P91钢和T/P92钢的需求是巨大的。根据国家电力发展规划，预测2020年全社会用电量将达到75000亿KW时，相应装机总规模约***亿KW，其中，火电装机将占到至少65%的比例，约***亿KW（2009年底为***亿KW）。即2010～2020年火电净增装机容量将达到***亿KW。考虑到老发电机组退役并被新装机组所代替和出口国际市场，一些专家预测国内单对P92产品的平均需求量约为每年23000吨。

需解决的主要技术难题

随着P91/P92钢的大量应用，在电厂基建及检修过程中发现P91/P92钢在实际应用过程中存在以下几点问题。（1）在冶金过程中，由于成分偏析等原因，造成P91/P92钢管道存在金相组织不均匀的问题，如有块状铁素体出现或超标；（2）由于制管及热处理工艺控制不当，造成P91/P92钢管道存在异常组织，如块状铁素体、过热、过烧组织、黑色网状组织、晶粒粗大等；（3）性能异常，如硬度低，硬度不均匀等，特别是管道硬度低于标准是较为普遍的现象，严重威胁火电机组的长期安全稳定运行；（4）形状公差控制较差，特别是壁厚，误差较大；（5）加工缺陷明显，夹层、拆迭、凹坑、裂纹常在管材中出现；（6）检测的方法问题，如里氏-布氏硬度换算关系不统一等。某电厂主蒸汽管道在相同测试条件的情况下，使用不同的硬度计测量后的结果相差较大，测量值之间的差异达到30~40HB；（7）假P91问题，某些国内生产厂家以国外公司名义，生产P91等材质产品用于多个火电项目，涉及多个高温承压部件，造成多起严重的设备损坏和人身伤亡事故。这些问题的存在对火电机组的长期安全稳定运行带来了极大的安全隐患，对于该类部件寿命现场即时完整性评估技术的研究与应用迫在眉睫。

期望实现的主要技术目标

电站高温承压管道寿命现场即时完整性评估技术原理是通过对大量不同运行参数下的P91/92材料进行里氏、布氏硬度测试，获得P91/92材料里氏-布氏硬度换算关系。针对现场环境因素对里氏硬度测量影响较大的问题制备了不同硬度级别的标准试块，并将其带到现场进行硬度测量前的校准。利用激光共聚焦显微镜可对高温服役后的P91/92材料组织劣化和微观结构变化进行准确、高效的观察评估。通过大量试验研究发现同一参数下不同组织、不同硬度的P91材料持久强度曲线近似平行，根据这一规律，以大量现有数据为支撑，可以通过P91材料短时持久强度外推出长时持久强度数据，并与短时间持久数据结合获得一种即时性的设备状态评价方法。

需求解析

解析单位：“科创中国”能源互联网产业科技服务团（中国电机工程学会） 解析时间：2022-10-26

何永君

中国电机工程学会

主任助理

综合评价

需求清晰。近年来，随着电力工业的发展，大容量、高参数机组已逐步成为我国电力行业的主力机组。尤其是超（超）临界机组的主蒸汽管道、再热热段蒸汽管道以及集箱和导汽管等高温承压部件，基本上都采用P91/P92作为其材料。但是随着P91/92钢的大量应用，在电厂基建及检修过程中的一些具体问题也随之暴露出来，诸如微观组织异常、硬度偏低且分布不均匀、寿命不足等等。微观组织与材料的性能密切相关，优异的性能源于良好的组织特征，微观组织的劣化将导致材料硬度的降低。而硬度在一定程度上表征了材料的综合性能情况，硬度降低，其高温短时、持久性能均呈下降趋势，进而造成材料剩余寿命不足。

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