摘 要

废热锅炉在化工生产和发电厂的发电系统中都起到了关键的作用。由于其工作环境的特殊，锅炉的材料在锅炉的服役过程中会面临到各种损伤问题。本文通过对废热锅炉的材料和结构等方面的介绍，重点探讨了在高温高压临氢的环境下，钢材会产生的诸多损伤以及其解决方法。对于一些目前常用的钢材，如2.25CrMo钢，对其长期在高温临氢环境下的损伤进行了较为详细的分析。在面临产生缺陷的压力容器时，在保证安全性的前提下，如何正确的采用有效手段进行弥补使经济损失达到最低是一个必须要考虑的问题。

根据GB19624-2004《在用含缺陷压力容器安全评定》，对表面含裂纹的废热锅炉进行安全评定，这对该类设备能否继续使用，具有重要的意义。

关键词：废热锅炉；氢腐蚀；裂纹；安全评定

Safety Assessment of Cracks in the Head of 2.25CrMo Steel Waste Heat Boiler

Abstract

Waste heat boilers play a key role in chemical production and power plant power generation systems. Because of its special work environment, boiler materials will face various damage problems during the service of the boiler. This article through the introduction of waste heat boiler materials and structure, focused on the high temperature and pressure in the hydrogen environment, the steel will cause a lot of damage and its solution. For some currently commonly used steels, such as 2.25CrMo steel, its long-term damage under high temperature and hydrogen environment has been analyzed in more detail. In the face of defective pressure vessels, under the premise of ensuring safety, how to correctly use effective means to compensate to minimize economic losses is a problem that must be considered.

According to GB19624-2004 “Safety Assessment of Pressure Vessels Containing Defects”, the safety assessment of waste heat boilers with cracks on the surface is of great significance for the continued use of such equipment.

Key words: Waste heat boiler, Hydrogen corrosion, Flaw, Safety assessment

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1废热锅炉的作用 1

1.2废热锅炉的分类 1

1.3废热锅炉的结构 2

1.4废热锅炉的特点 4

1.5 研究内容 5

第二章 废热锅炉的用钢分析 6

2.1钢材在高温高压临氢环境下出现的损伤 6

2.1.1珠光体球化 6

2.1.2石墨化 8

2.1.3合金元素的贫化 9

2.2氢腐蚀 10

2.2.1纳尔逊曲线 10

2.2.2氢腐蚀问题的具体探究 11

2.3钢中氢腐蚀裂纹和气泡的热处理 12

2.4从原子探针视角了解压力容器钢 16

2.5 本章小结 18

第三章 安全评定原则 19

3.1质量控制标准和合于使用标准 19

3.2合于使用标准的作用和意义 19

3.3 GB19624-2004《在用含缺陷压力容器安全评定》 20

3.4本章小结 20

第四章2.25CrMo钢废热锅炉的安全评定实例 21

4.1废热锅炉状况 21

4.2裂纹的表征 21

4.3缺陷的评定 22

4.3.1裂纹的表征 22

4.3.2应力的确定 22

4.3.3材料断裂韧性的确定 23

4.3.4 和的计算 24

4.3.5 的计算 24

4.3.6 和的计算 25

4.3.7安全性评价 25

4.3.8本章小结 26

第五章 结论和展望以及经济性 27

5.1结论 27

5.2展望 27

5.3经济性分析 27

参考文献 29

致谢 31

第一章 绪论

1.1废热锅炉的作用

在工业生产过程中，往往会产生大量的余热，为了使这些能量不被浪费，通常会使用废热锅炉对其加以收集，而后用来产生蒸汽等，达到能源的最大化利用。废热锅炉又称余热锅炉，可以看出，废热锅炉本质上是一种换热器，且通常在高温高压的环境下工作^[1]。在早期，由于生产技术的限制，废热锅炉通常只能回收一部分的热量，生产出来的蒸汽压力也比较低，并不是生产过程中必不可少的关键性设备。随着技术上的不断突破，废热锅炉的各项参数都迅速提升，从过去的只能吸收少量废热的工艺设备发展成为能够吸收大量余热，有效节约能源，生产高压蒸汽的动力设备^[2]。同时，在对余热的研究和利用上，不断迸发出新的科技成果，使得废热锅炉在设计、生产、使用和保养与管理等方面都有了巨大的创新和进步。时至今日，废热锅炉已经成为工业生产尤其是化工生产过程中必不可少的一种“节能换热器”。

1.2废热锅炉的分类

在不同的生产装置以及场合中，用到的废热锅炉有很大的区别。除了比较常见的化工废热锅炉，在很多的发电厂尤其是煤气火力发电厂中，废热锅炉的应用也是很普遍的，此处的废热锅炉称为电站废热锅炉。

电站废热锅炉在设计和制造时就是为了更好的适应发电系统，因此它和常见的化工废热锅炉在结构上还是有较大差异的。相比之下，电站废热锅炉的材料要

求更加严格，所选取金属的韧性和抗腐蚀性要更高。在发电系统中，废热锅炉的使用提高了整体的发电效率。电站废热锅炉有两种形式，分别是对流式废热锅炉和辐射式废热锅炉。辐射式废热锅炉在温度较高的工作区使用，相应的对流式废热锅炉服役于温度较低的工作区域。在对流式废热锅炉中，目前主要使用的是水

管式，另外的火管式基本不再使用。在国外，为了降低投资成本，一些技术人员

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