用于在蒸气发生器竖起的管壁中引起应力降低的方法

摘要

本发明提供一种用于蒸汽发生器（尤其是电站的蒸气发生器）的处于装机状态的竖起的优选为大面积的管壁区域或管壁段（尤其是蒸汽发生器的隔膜壁的管壁区域或管壁段）的热处理方法。本发明目的在于提供一方案，其允许在蒸汽发生器的架设过程中使用那些在提高蒸汽参数的电站操作方面问题较多的钢类型，尤其是钢T23和T24。这一目的通过让用于热处理的管壁区域或管壁段在蒸汽发生器中以装机状态尤其以大面积经受去应力退火工序而实现。

说明书

技术领域

本发明涉及用于蒸汽发生器(尤其是电站中的蒸气发生器)的处于 装机状态的竖起的、优选为大面积的管壁区域或管壁段(尤其是蒸汽发 生器的隔膜壁(diaphragm wall)的管壁区域或管壁段)的热处理方法。

本发明还涉及蒸汽发生器(尤其是电站的蒸气发生器)的围绕燃烧 室的管壁的竖起方法，其中管壁区域或管壁段制造为通过焊接而相互连 接，并且在蒸汽发生器中布置在其围绕燃烧室的装机位置。

背景技术

在过去的25年中，为了减少排放从而节省燃料资源，增加火电站 (fossil-fired power plant)(尤其是粉末燃煤型电站)的效率和效益成为 世界范围性的趋势。为达到这个目的，需要在蒸汽方面增加蒸汽发生器 的蒸气压力和温度参数。所述压力和温度参数的增加导致蒸汽发生器的 管内和管壁中应力的增加。围绕蒸汽发生器的燃烧室且形成为蒸发器或 者过热器的壁通常形成为隔膜壁。所述壁承受了附加材料应力，因为在 蒸汽发生器的燃烧室的隔膜壁的竖起过程中，必须在此期间执行进一步 的焊接工作，而不能预先在车间执行。由于蒸汽发生器的尺寸，在此还 附加地需要将隔膜或腹板(webs)相互焊接，或者将隔膜或者散热片/腹 板(fins/webs)焊接到管上。此外，形成的所谓窗口的开口通过金属板 焊接。

在更严格的要求下，以前使用的材料，如T12型(ASTM 213)钢不 能再使用，这是由于这些材料的应力负荷容量在技术上相对较低，因此 要求管壁中单个管的壁非常厚，而这会导致燃烧室内所需的温度急剧升 高。为了增加材料所容许的应力负荷，因而研发出进一步的材料，例如 T22，T23或T24(ASTM 213)。在某种程度上，在蒸汽发生器的竖起 过程中所需的焊接工序以后，所述材料可以无需加热处理。在清洗工序 之后，问题也随之显现，例如隔膜壁中管的内部酸洗(pickling)。根据 不同应用，对所述材料的处理可能导致应力腐蚀开裂。

作为机动车底盘零件或车身零件这类结构元件的管状钢零件的去应 力退火热处理可以参考DE 102005033360A1。

此外，参考WO 02/48411A1可知，钢元件的热处理过程中冷却工序 是通过向其上喷射或吹介质的方式来控制。

发明内容

本发明基于如下目的：提供一方案，其允许在蒸汽发生器的架设过 程中使用那些在提高蒸汽参数的电站操作方面问题较多的钢类型，尤其 是钢T23和T24。

为实现上述目的，本发明提供一种用于蒸汽发生器的处于装机状态 的竖起的优选为大面积的管壁区域或管壁段的热处理方法，所述管壁区 域或管壁段尤其是蒸汽发生器的隔膜壁的管壁区域或管壁段，所述蒸汽 发生器尤其是电站中的蒸汽发生器，其特征在于，所述用于热处理的管 壁区域或管壁段在所述蒸汽发生器中以所述装机状态尤其是以大面积经 受去应力退火工序。

本发明进一步提供一种蒸汽发生器的围绕燃烧室的管壁的竖起方 法，所述蒸汽发生器尤其是电站的蒸汽发生器，其中管壁区域或管壁段 制造为通过焊接而相互连接，并且在所述蒸汽发生器中布置在其围绕所 述燃烧室的装机位置，其特征在于，所述已竖起且已安装的管壁区域或 管壁段，尤其是在其形成隔膜壁时，在所述蒸汽发生器中在其装机位置 以装机状态并且尤其以大面积经受去应力退火工序。

具体实施方式

试验表明，在蒸汽发生器竖起的管壁中发生应力腐蚀开裂的一个前 提条件是：当焊接是在管壁的制造和竖起过程中执行时，在管壁区域或 管壁段中产生的内部应力所引起的高应力。因此建议，存在于材料中的 所述内部应力，连同理论中存在的由结构引起的长元件(例如将管壁安 装在上面的那些元件)中的材料应力、由元件的大重量引起的应力以及 由于焊接期间出现的颗粒(尺寸)变型导致的应力，可以通过管壁区域 或管壁段的去应力退火工序来降低。这些管壁区域或管壁段要进行热处 理，并在蒸汽发生器中位于其竖起和安装的位置，也就是说这些管壁区 域或管壁段是位于其安装位置的竖起的蒸汽发生器管壁。因此，根据本 发明提供，将管壁区域或管壁段布置或竖起在燃烧室中，或者使其围绕 燃烧室，尤其是传统方式中火电站的燃烧室，该管壁区域或管壁段尤其 以焊接方式形成管壁，并且如果适当地焊接于其它元件，则接下来，那 些将经热处理的管壁区域则以其装机状态以及其在蒸汽发生器中的装机 位置经受去应力退火工序，从而以应力消除的方式进行退火。这里，管 壁区域或管壁段经受大面积的去应力退火工序，其中管壁区域或管壁段 (在蒸汽发生器中具有例如30×30米的正方形的占用空间且高度超过 100米则属于相应的“大面积(large-area)”形式)中以大面积经受如 下的去应力退火工序：该去应力退火工序覆盖或作用在每一情形下用于 热处理的管壁区域或管壁段的大范围区域，并且在这种情况下，去应力 退火工序也就是在大面积上起作用，并且执行或施用于大面积上。这里， 去应力退火工序覆盖(尤其但也并非专门特指)那些为了形成围绕蒸汽 发生器的管壁在建筑工地在竖起和布置管壁区域或管壁段的过程中经历 焊接作业的管壁区域或管壁段。然后，以去应力退火工序对这些进行过 焊接作业的区域现场处理，也就是上述情况下同时联带着其它管壁区域。 这尤其指那些随后经受根据本发明的去应力退火方法的蒸汽发生器的隔 膜管壁或隔膜管区域。

因此，本发明的特征尤其在于，用于蒸汽发生器(尤其是电站中的 蒸汽发生器)的处于装机状态的竖起的、优选为大面积的管壁区域或管 壁段(尤其是蒸汽发生器的隔膜壁的管壁区域或管壁段)的热处理方法。 其中，用于热处理的管壁区域或管壁段在蒸汽发生器中以装机状态并且 尤其以大面积经受去应力退火工序。

本发明的特征进一步在于，用于蒸汽发生器(尤其是电站的蒸汽发 生器)的围绕燃烧室的管壁的竖起方法，其中管壁区域或管壁段制造为 通过焊接而相互连接，并且在蒸汽发生器中布置在其围绕燃烧室的装机 位置，并且已竖起且已安装的管壁区域或管壁段，尤其是在其形成隔膜 壁时，在蒸汽发生器中在其装机位置以装机状态，并且尤其以大面积， 经受去应力退火工序。

因此在本发明中，“以装机状态”特别指代，各个管壁段处于或者 已被布置于其最终状态或者蒸气发生器(或电站的蒸汽发生器内)的装 机位置，并且已经历各个预设的连接处理，也就是特别地经过相互焊接 或者焊接到其它元件上。因此在这种情况下，去应力退火执行在蒸汽发 生器中处于已竖起且经焊接状态的管壁或管壁段上。因此，基于这点， 本发明也涉及围绕燃烧室的管壁的竖起方法。

为了产生用于去应力退火工序的期望或所需的材料温度，有利的， 通过从外部和/或从内部对用于热处理的管壁区域加热或增温的方式产 生(在每一情况中需要或期望的)材料温度。如果适当，用于热处理的 管壁区域的增温会因此从外部进行，而且其中，所述加热基本上有利的 还以“无电”方式进行。在这种情况下，本发明的特征因此进一步在于， 在一个实施例中，每一情形下用于去应力退火工序所需或期望的材料温 度是以增温的加热气体或热气体(优选为热烟道气或热空气)的方式加 热或增温用于热处理的管壁区域而产生的。

一个用于热处理方法的特定实施例在于，通过燃烧尤其是化石燃料 (fossil fuel)，例如煤、石油或天然气，在蒸汽发生器的燃烧室内产生 热烟道气，然后烟道气在蒸汽发生器内从燃烧室侧向管壁升起，和/或被 引入管壁的管中，并且通过热传导从外部和/或从内部将用于热处理的管 壁区域(但还存在其它管壁区域)加热到期望的材料温度。这里不证自 明的是，适宜温度的烟道气或热气体或加热气体或热空气还可以产生在 蒸汽发生器的燃烧室外部而随后引入到燃烧室内，和/或产生在蒸汽发生 器的燃烧室内部而随后引入到用于热处理的管壁区域的管内。因此，在 用于热处理方法的情形下，本发明的特征进一步在于，在蒸汽发生器的 燃烧室内，热烟道气或热空气通过燃烧尤其是化石燃料而产生，或者， 将热烟道气或热空气或热气体引入到蒸汽发生器的燃烧室内和/或用于 热处理的管壁区域的管内，以及从外部和/或从内部将单独的热烟道气或 单独的热空气或单独的热气体供应给用于热处理的管壁区域。

这里应当理解，去应力退火工序是指根据DIN EN 10052标准的去应 力退火工序。这里管材料要获得的温度应当优选地落在400-600℃并且优 选地＞500℃，尤其是＞550℃。保持时间应当持续＞12小时，尤其是＞24 小时，但通常少于一周。

因此，本发明的特征进一步在于，在一个实施例中，其中在去应力 退火工序过程中，用于热处理的管壁区域或者热处理过的管壁区域的材 料温度设置为400℃-740℃，优选地为400℃-600℃，和/或设置为≥500℃， 优选地为500℃-600℃，和/或设置为≥550℃，优选地为550℃-700℃，和 /或设置为≤740℃，尤其为500℃-740℃，优选地≤600℃，特别优选地为 550℃-600℃，如本发明一个实施例中所提供的。

这里，如本发明所提供的，在去应力退火工序过程中，尤其有利的， 控制和/或调节用于热处理的管壁区域或者热处理过的管壁区域的材料 温度和/或膨胀。

关于保持时间方面，本发明的特征在于，在去应力退火工序过程中， 材料温度保持在≥12小时的保持时间，尤其是≥24小时。

然而，这里，即使在大型蒸汽发生器的实施例中，退火工序本身适 于限制为至多一星期的时间周期。因此，本发明提供用于热处理方法的 又一实施例，即在去应力退火工序过程中，材料温度保持在少于一星期 的保持时间。然而，这里提供的保持时间通常为≥12小时，尤其是≥24 小时，使得去应力退火工序通常持续在一天和最多七天之间。

为了能够在去应力退火工序期间调节和控制管壁区域或管壁段中的 温度，在去应力退火工序过程中，本发明提供对用于热处理的管壁区域 或者热处理过的管壁区域的材料温度和/或膨胀的控制和/或调节。这里， 进一步的情况为，在每一情形下通过对用于热处理的管壁区域和管壁段 的膨胀和/或材料温度的测量以及通过对产生烟道气或热空气或热气体 (优选在蒸汽发生器的燃烧室中产生)的燃烧率的调节和控制对去应力 退火工序进行控制和/或调节，和/或对冷媒的流量(throughflow rate)进 行调节和控制。

为了能够控制和影响经受去应力退火工序的管壁区域或管壁段的温 度，在热处理过程中尤其要防止温度变得过高。根据本发明用于热处理 的方法的特征在于，在去应力退火工序过程中，对用于热处理的管壁区 域或者热处理过的管壁区域的材料温度和/或膨胀进行冷却并且优选地 以冷媒进行控制，所述冷媒优选地为流入所述热处理过的管壁区域的管 内的冷媒，优选地以通入管内的空气的方式。

为了防止不用于热处理的管壁区域(在上述工序中)加热到期望外 的温度，以及为了防止用于热处理的管壁区域(文中)加热到高于期望 的材料温度范围的温度，那些被安装以形成壁(尤其是隔膜壁)并且被 相互连接的管线通常能够通过在蒸汽侧从蒸汽发生器底部到顶部引入到 管内的空气进行冷却。空气能够从期望的位置引入到管线内。此外，关 于冷却还可以设置成，通过冷却水冷却空气或者以冷却水从内部或从外 部向管喷射。通过上述方式，能够使整个管壁区域或管壁段在蒸汽发生 器中以装机状态进行热处理，尤其是大面积的热处理。这不能通过电热 处理垫进行。此外，通过这种方式，尤其是根据本发明的方法，温度可 以通过如下方式控制：在电加热或热处理过程中不会出现变形并且能够 防止产生变形(“气泡”)。为此目的，可以特别附加地设置为，如果 适当，针对用于热处理的管壁区域或管壁段的热膨胀，通过相应探测器 对上述管壁区域或管壁段进行监控。

为了获得上述段落论及的优点以及为了实施其中涉及的手段或方 法，本发明的特征进一步在于，在一个实施例中，在去应力退火工序过 程中，不用于热处理的管壁区域，尤其是邻近用于热处理的管壁区域的 不用于热处理的管壁区域，从外部和/或内部通过冷媒(优选为空气或雾 化水喷射的方式)同时进行冷却，尤其冷却至低于去应力退火温度的材 料温度。

这里，如果进一步有利的，如本发明所提供的，在去应力退火工序 过程中，通过使冷媒(优选为制冷空气)流经或沿着可联通地相互连接 的用于热处理的管壁区域和不用于热处理的管壁区域的方式，对用于热 处理的管壁区域以及邻近用于热处理的管壁区域的不用于热处理的管壁 区域进行冷却。

这里，根据本发明用于热处理的方法的又一实施例，可取的是，在 去应力退火工序过程中，用于热处理的管壁区域以及可联通地与前者连 接的不用于热处理的管壁区域均从外部或从内部受到热烟道气或热空气 或热气体的作用，并且为此目的，二者通过流经的冷媒(优选为制冷空 气)从内部或从外部被相反地冷却。

这里可以附加地设置为，在去应力退火工序过程中，蒸汽发生器的 管壁元件从外部通过喷射冷却水的方式被冷却，和/或从内部通过注入或 喷入冷却水的方式被冷却。

根据本发明的方法特别用于蒸汽发生器的关键管壁元件，其中关键 管壁元件是指那些由于其材料和/或焊接加工(在其制造过程中和/或安装 到蒸汽发生器过程中经受的焊接)而视为一旦不经过相应的热处理就会 处于极其高危状态的元件。

因此，所述用于热处理的方法尤其用于材料T23或7CrMoWVMoNb 9-6或T24或7CrMoVTiB 10-10。因此，本发明的特征进一步在于，由材 料T23或7CrMoWVMoNb 9-6或T24或7CrMoVTiB 10-10构成的管壁区 域或管壁段经受去应力退火工序。

根据本发明用于热处理的方法特别用于(大型)蒸汽发生器的过热 器，为此目的，本发明的特征进一步在于，电站的蒸汽发生器的过热器 的管壁区域经受去应力退火工序。

特别的，根据本发明用于热处理的方法还能够成功地用在修补性焊 接工序在蒸汽发生器管壁的已竖起的管壁区域或管壁段上执行之后。因 此，本发明的特征进一步在于，去应力退火工序在用于热处理的管壁区 域经历了修补作业(尤其是修补性焊接工序)之后执行。

通过由权利要求书所限定的更为详细的方法，能够在将出现的应力 变为低应力范围(由非紧要等级的应力构成)的温度范围对所架设的蒸 汽发生器的管壁或管壁区域或管壁段执行去应力退火，尤其是大面积的 去应力退火。

这里可以设置为，用于热处理的管区域或管段从蒸汽发生器的燃烧 室侧经受可造成去应力退火工序的温度，并且该温度适于去应力退火工 序且为去应力退火工序所必需。在这种情况下，管壁区域“从外部”或 “在外部”经受去应力退火工序。在该情形下，要么在蒸汽发生器的燃 烧室中产生相应的热烟道气，要么向燃烧室中导入加热气体或热气体或 热空气，在此情形下，这些气体随后沿着用于热处理的管壁区域或管壁 段在外部流动，将热量传递给朝向燃烧室的管壁侧或管壁表面。在该情 形下，随后通过使空气或其它一些冷媒(例如水)流经管壁区域的管而 在内部冷却这些管，并因此首先调节和控制膨胀，尤其是用于热处理区 域的膨胀，其次调节和控制温度，尤其是用于热处理区域的温度。

同样还可以设置为，用于热处理的管壁区域“从内部”或“在内部” 经受加热，并且其也落入本发明的范围中。在这种情形下，那些热到足 以产生用于去应力退火工序所需的管壁材料温度的烟道气或热气体或热 空气被通入到用于热处理的管壁区域或管壁段的管内。然后，所述热导 热媒(热烟道气、热气体、加热气体、热空气等)在内部流经用于热处 理的管壁区域或管壁段的管，并且将为获得去应力退火工序所需或期望 的温度而所需的热量传递给管壁内表面或内管壁的表面。在这种情形下， “从外部”或“在外部”冷却是指从蒸汽发生器的燃烧室那一侧，然后 执行冷却，其中冷却处理可围绕或施加在用于热处理的管壁区域或管壁 段，但是(和/或)，也可以施加在不用于热处理的管壁区域或管壁段。 在该情形下，同样，通过在外部的相应冷却以及在内部对各个管壁区域 的增温或加热，能够首先调节和控制膨胀，尤其是用于热处理区域的膨 胀，其次调节和控制温度，尤其是用于热处理区域的温度。

此外，在个别管壁区域的温度测量(尤其是用于热处理的管壁区域 的温度测量)当然可以通过已知方式(尤其是遥控测量方法)实现。温 度测量结果也同样用于控制和调节去应力退火工序。

根据本发明的方法尤其为管壁区域或管壁段的处理提供优点，其中 管壁区域或管壁段由钢T23或T24(根据ASTM 213设计)或者相应的钢 7CrMoWVMoNb 9-6以及7CrMoVTiB 10-10(根据DIN EN 10216设计) 制造。

即使权利要权书的上下文中仪引用术语“管壁区域”，那也意味各 个情形下也同样适用于术语“管壁段”。

特别的，上述用于热处理的方法能够有利的用于围绕蒸汽发生器的 燃烧室的管壁的竖起方法，为此目的，本发明的特征最后在于，在这些 管壁的竖起方法的一个实施例中，退火工序根据前述热处理方法执行。

根据本发明，为了获得去应力退火工序所需的温度而必须提供的热 量能够通过热空气或热气体的方式提供，并且能够输送至执行去应力退 火工序的位置。这里，热空气或热气体不仪可通过燃烧配有空气供给或 氧气供给的燃料而产生，还可以通过任何技术上可想到和可能的方式产 生。特别地，热空气或热气体还可以通过电能方式产生，例如以设置有 加热装置或加热线圈的风箱、风扇或干燥风机的方式。以相应压缩机通 过压缩方式对气体或空气的单纯地机械升温也能够用于产生热气体或热 空气。然而，具有足以执行去应力退火工序的温度的加热气体或热气体， 或者足以执行去应力退火工序的温度也可以使用热交换机产生，其中热 量从热载体向着流经所述热交换机或流过所述热交换机的空气或加热气 体传递。