调峰工况下超期服役机组安全保障关键技术及应用
团队情况 高温材料服役性能测试平台 1:10汽轮机全拟真实验台 ·轴系横振、扭振、叶片振动、寿命监测●额定1500rpm、最高4000rpm·叶片振动激发（转速激振+气流激振）·轴系扭振激发（转速激发+电机三相不平衡激发）·轴系横振激发（转速激发+碰磨激发） 试验机：蠕变-疲劳试验机、双通道蠕变试验机蠕变试验机、变裂纹扩展试验机试验温度：室温~1100℃试验类别：蠕变、蠕变疲劳、蠕变裂纹扩晨等 项自背景与总体思路 汇报提纲 2主要技术内容与创新 3知识产权与三方评价 4成果应用与效益情况 01 质自背景与总体思路 项目背景 新型电力系统下，火电的”托底保供”压舱石作用和灵活性电源作用愈发突出，服役期满火电机组延寿符合国家政策要求（300MW及以上机组应延尽延）口挖掘服役期满火电机组服役潜力，提高资产利用率，减少新建机组投资 延寿意义 国家能源局文件 国梵发电力【2022】41号 国家能源局关于做好“十四五”期间煤电机组延寿工作的通知 二、设计卖命案满的30万千瓦及以上煤电机组，接续热票满未募实暂不具备关停条件的30万千瓦以下供热机妞，以及存在低热值煤资源消纳接续需求的资源终合利用机组，如来达到安全运行寿命上限，原则上要延寿运行。不具备是考条件但符合（或改造后符合）安全、环保等相关标准和要求的续电机，原则上“关两不拆”转为应急备用电源。不符合延寿和应急备用条件的其他设计寿命期满煤电机组自线退役，按国家相关要枣关停乔除。 1、托底保供：40%的装机占比，提供约65%的发电量尖峰时刻局部仍存在电力缺口！ 2、灵活性电源：调峰、调频促进新能源消纳，维护电网安全稳定 新型电力系统火电机组定位：托底保供+灵活性电源 火电机组延寿符合国家政策要求 项目背景 新型电力系统下，超期服役机组面临新情况（长期服役+深度调峰） 口火电机组的”托底保供“压舱石作用和灵活性电源作用愈发突出口老日机组服役时间长，组织老化与寿命损耗明显，缺陷数量增多口深调工况带来额外损伤，失效概率增加，寿命损耗预测难度上升 项目背景 如何准确检测到关键部件中潜藏的缺陷并科学评定其安全性如何通过有效的修复和强化手段补强机组的寿命与安全短板如何基于服役损伤模式准确地评定关键部件的安全剩余寿命 核心挑战 关键部件再制造修复技术效果不佳 结构复杂部位缺陷难以检出合于使用评价难度大 总体思路 02 主要技术内容与创新 技术难点1 口深度调峰工况应力集中的复杂结构部位更易产生缺陷，失效风险高，但复杂结构部件缺陷难以通过常规超声有效检出口复杂结构部件缺陷合于使用评价，缺乏高通量高温裂纹扩展测试技术，部分部件难以进行取样，并且测试效率低 常规A超-声束角度单一、不能聚焦，波形判别要求高叶根、护环、三通等缺陷检出率低、易误判、易漏检 常规高温裂纹扩展测试技术，测试效率低、单台设备无法同时测试多个试样：常规试样尺寸大，复杂结构部件难以取样 开发复杂结构部件缺陷精准检测技术，裂纹扩展高通量测试方法与设备 复杂结构部件缺陷检测及评定技术 创新点1 开发了针对结构复杂部件缺陷的系列相控阵超声检测方法（叶根、叶根槽、厚壁三通、发电机护环） 检测灵敏度和缺陷检出率显著提升，灵敏度提高到0.2mm 复杂结构部件缺陷检测及评定技术 创新点1 口开发了压气机叶片专用检测技术，采用显微超声技术与非线性超声技术，并结合超声波信号频谱分析，能辩别备品叶片是否为翻新叶片 复杂结构部件缺陷检测及评定技术 创新点1 高通量高温裂纹扩展测试方法，快速高效获取高温裂纹扩展数据 长期服役后复杂结构部件缺陷进行合于使用评价方法 老化材料高温高通量裂纹扩展测试技术与装备，扩大合于使用评价技术适用范围 技术难点2 口调峰工况下老机组叶片水蚀、开裂情况产严重加剧，现有手无法有效防护，导致叶片服役可靠性低口大厚壁部件焊后热处理温度均匀性差、调控困难，组织、硬度不均匀，焊接残余应力大 叶片水蚀开裂先进防护技术、厚壁部件焊后热处理温度场精准调控技术 创新点2 创建蠕变一疲劳损伤防控技术 开发汽轮机叶片固本强表”现场协同再制造技术，基体疲劳寿命提升25倍，新型耐水蚀涂层较司太立合金性能提升50% 研制了汽轮机叶片大自由度激光喷涂装备，解决了大角度部位熔覆不均匀问题 创新点2 创建蠕变一疲劳损伤防控技术 提出了电磁感应热传导模型，开发了焊缝两侧协同加热的温度场调控技术开发了内外壁协同加热温度场调控技术，内外壁温差控制在30℃以内 创新点2 创建蠕变一疲劳损伤防控技术 发明：高温装备焊接预变形约束装置焊接变形降低70% 建立：短时蠕变热处理分段加热技术与装置残余应力消除率提高50% 技术难点3 发达国家高温寿命设计规范基于蠕变应变或疲劳应力单一参量发展而来，江没有考虑实际工程的多损伤交互，寿命设计精度低 关键问题 蠕变和疲劳交互作用的损伤评定和寿命设计体系 技术难点3 长期服役材料的劣化特性深调工况下载荷的复杂性长时性能的本征分散性是困扰高温部件寿命精准预测的难题 深调工况下高温部件长期服役后的精准可靠寿命预测方法 调峰工况下新型寿命预测技术 建立：精度更高的物理基蠕变损伤本构模型、新型载荷交互作用下的寿命预测方法 突破：考虑老化材料微观组织劣化的蠕变寿命评估及蠕变疲劳交互作用下的寿命预测 物理基蠕变本构 蠕变疲劳交互本构 显著优势：考虑微观组织劣化，更准确！ 基于物理机制的蠕变寿命预测和深调实际载荷下蠕变-疲劳寿命预测 创新点3 调峰工况下新型寿命预测技术 口开发：基于概率分布和机器学习的寿命可靠性快速评估技术 弥补：确定性寿命预测模型无法满足对变失效进行概率评估的需求 创新点3 调峰工况下新型寿命预测技术 发展：损伤薄弱区域多尺度裂纹扩展、剩余寿命预测方法与国家标准制订：含裂纹结构“带伤运行”的损伤容限判据，用于判定检修周期 相对于线弹性断裂方法裂纹扩展速率计算精度提高了80% 知识产权与三方评价 知识产权 授权发明专利 26 项 国家标准2项，行业标准6项 客观评价 科技查新报告：从检出文献看，未见到有与该项目创新点相似的文献报道。所以，该项目具有新颖性 >成果鉴定情况：2024年5月，刘正东院士领衔的专家组一致认可该技术的先进性和创新性，具有显著的经济、社会效益和推厂应用前景，成果整体技术居国际领先水平。 客观评价 团队部分研究成果发布在《中国电机工程学会专业发展报告2020-2021中卷一一金属材料专业发展报告》中，给出了调峰运行工况下超期机组延寿运行的技术路线及未来发展方向，为行业的发展提供了专业的技术支撑。 04 成果应用与效益情况 成果应用及证明 应用范围：统调发电厂、自备电厂 应用单位：：华电邹县电厂、国能汉川电厂、国电投通辽电厂、大唐长春电厂等100余台机组 服务于延寿机组关键部件缺陷检测评定、强化修复、寿命预测等环节 经济效益 完成我国首台200MW、300MW、500MW、6600MW等型号机组延寿工作 社会效益 领先效应 受益面广 满足国内各容量级别机组需求 效益巨大 助力转型 避免我国额外新建25台百万干瓦发电机组节省900~1000亿元投资 调峰工况下火电机组服役寿命保障关键技术及延寿工程应用 衷心感谢