超（超）临界机组锅炉受热面安全及寿命管理

多轴应力状态下多物理量耦合的材料高温蠕变损伤和微观损伤进化机理研究是燃煤锅炉锅炉受热面材料寿命评估技术的核心，对其高温部件损伤过程进行实时无损检测是超临界锅炉安全运行的关键，问题复杂且涉及学科多，一直是国内外研究的热点及难点。国内外对基于高温条件下的单轴实验研究积累了大量的成果，但对于多轴应力状态下、汽水腐蚀环境中的多物理量耦合蠕变损伤机理的研究甚少，致使理论模型难以与实际运行工况相符合。本课题拟对锅炉典型材料在大气和汽水环境下分别进行单轴实验;研究在超临界汽水环境下材料的高温氧化机理及其对受热面材料蠕变寿命的影响；进行全尺寸部件的多轴应力蠕变实验研究，建立可表征微观损伤演化的多轴蠕变损伤模型；发展基于非线性超声导波的损伤检测方法；提出多物理量耦合损伤累积法则，实现对关键高温部件寿命评估理论与技术的融合和优化集成，为提高我国燃煤锅炉可靠性设计和安全运行水平提供理论依据和基础技术。

超（超）临界机组锅炉受热面长期处于复杂环境中，超临界水环境下的高温氧化腐蚀、多轴应力状态下的高温蠕变、环境和应力交互作用下的腐蚀开裂等都是影响超（超）临界机组锅炉受热面材料损伤的重要因素。研究锅炉受热面高温氧化和蠕变损伤机理和模型，设计和开发（超）超临界机组受热面健康监测技术和安全及寿命管理系统，对超（超）临界机组运行安全性和寿命评估具有重要意义。.在超临界水环境金属材料腐蚀机理与防护技术方面，通过建立静态超临界水氧化试验系统和连续式超临界水环境氧化试验平台，对T22、T24、Super304H、TP347HFG、HR3C、P92等超（超）临界机组锅炉用主要金属材料在超临界水环境中的氧化机理进行了研究，得到了不同温度、压力和溶解氧含量对处于超临界水环境中的不同类型钢种氧化行为的影响。通过建立高温蒸汽环境以及超临界水应力腐蚀裂纹扩展实验系统和力学加载腐蚀实验系统，对Super304H、TP347HFG、HR3C、P92等锅炉材料、700℃超（超）临界机组锅炉候选材料镍基合金Inconel625的环境与应力交互作用腐蚀机理进行了研究，得到了温度、介质环境和溶解氧含量对裂纹扩展的影响。通过对超（超）临界电站汽水系统腐蚀沉积规律的研究，提出了一种可以有效抑制低压加热器和高压加热器的流动加速腐蚀的给水处理方法。.在多轴应力状态下材料高温蠕变机理与模型方面，对P92钢光滑和带缺口的圆棒试样在不同温度和应力条件下进行了蠕变试验，研究了温度、应力和多轴应力状态对P92钢蠕变行为的影响。建立了多轴应力状态下P92钢蠕变模型，可以描述P92钢高温蠕变的三个阶段。通过建立全尺寸管道弯头高温蠕变试验验证平台，对P92钢全尺寸管道弯头进行蠕变试验，可以验证由小试样蠕变实验得到的多轴蠕变模型的准确性。.在（超）超临界机组受热面健康监测技术和安全及寿命管理系统方面，通过研究烟气、蒸汽温度及流量、锅炉管道结构和氧化皮等因素对管道壁温的影响关系，得到了锅炉过热器温度分布预测方法。通过对平板和管道中超声导波传播规律的研究，得到了裂纹成像检测方法。基于（超）超临界机组锅炉关键部件氧化和多轴蠕变失效机理研究基础上，设计和开发了锅炉高温受热面安全性评估系统。.本项目的研究成果已部分运用到实际电站（超）超临界机组受热面安全及寿命管理中，为我国超（超）临界锅炉可靠性设计和安全运行水平提供了理论依据和基础技术。