Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, tải trọng và thời gian đến tổ chức tế vi và cơ tính của ống thép chịu nhiệt hợp kim thấp

Mục tiêu của luận án

Mục tiêu chính của luận án là phân tích tác động của các yếu tố như nhiệt độ, tải trọng và thời gian đến cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của thép ống chịu nhiệt hợp kim thấp (P11 và P22) đang được ứng dụng trong các nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam.

Mục tiêu cụ thể của luận án bao gồm:

- Kiểm tra cơ tính của thép ống P11 và P22 khi thay đổi các thông số như nhiệt độ, tải trọng và thời gian;

- Xác định sự biến đổi tổ chức tế vi của thép ống P11 và P22 ở điều kiện nhiệt độ, tải trọng và thời gian;

Phân tích mối quan hệ giữa cơ tính và tổ chức tế vi của thép ống P11 và P22 giúp làm rõ cơ chế hư hỏng của ống thép dẫn hơi trong nhà máy nhiệt điện Việc đánh giá này đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu rõ nguyên nhân gây ra sự xuống cấp của vật liệu, từ đó nâng cao hiệu quả vận hành và tuổi thọ của hệ thống ống dẫn.

3 Phương pháp nghiên cứu của luận án

Trên cơ sở mục tiêu nghiên cứu đã đề ra, luận án đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu, phân tích và kiểm tra như sau:

Nghiên cứu lý thuyết và tổng hợp tài liệu đóng vai trò quan trọng trong việc so sánh những điểm tương đồng và khác biệt giữa các nghiên cứu trước đây và kết quả đạt được của luận án Việc phân tích này không chỉ giúp làm rõ những đóng góp mới mà còn xác định các khoảng trống trong nghiên cứu hiện tại, từ đó tạo cơ sở vững chắc cho các nghiên cứu tiếp theo.

- Nghiên cứu thực nghiệm bao gồm:

+ Đặt mẫu thép P11 và P22 trong các điều kiện (nhiệt độ, tải trọng và thời gian) cần nghiên cứu;

+ Kiểm tra cơ tính của các mẫu thép P11 và P22 bằng phương pháp thử độ bền kéo;

+ Quan sát tổ chức tế vi của các mẫu thép bằng kính hiển vi quang học và hiển vi điện tử quét (SEM);

+ Xác định thành phần và phân bố nguyên tố của pha cacbit bằng phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X của hiển vi điện từ q uét (SEM-EDS)

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về sự thay đổi tính chất của thép hợp kim thấp trong ống dẫn hơi dưới các điều kiện nhiệt độ, thời gian và ứng suất khác nhau, nhưng cần tiếp tục nghiên cứu để làm rõ hơn lý thuyết về hư hỏng và nguyên nhân hư hỏng của thép hợp kim thấp trong các nhà máy nhiệt điện Do đó, luận án này mang lại ý nghĩa khoa học quan trọng.

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các thông số như nhiệt độ, tải trọng và thời gian có ảnh hưởng đáng kể đến cơ tính và tổ chức tế vi của thép chịu nhiệt có hàm lượng Cr thấp (1÷2%).

Sự hình thành hạt cacbit và sự xuất hiện lỗ rỗng tại biên giới hạt đã được xác nhận, dẫn đến sự suy giảm độ bền của thép P11 và P22 khi được nung ở nhiệt độ từ 500 đến 700 độ C dưới tác động của tải trọng không đổi.

- Đã bổ sung, làm rõ thêm cơ chế phá hỏng rão của ống thép dẫn hơi mác P11 và P22 trong nhà máy nhiệt điện

Hiện nay, việc sử dụng thép hợp kim thấp trong các nhà máy nhiệt điện đang trở thành xu hướng phổ biến nhờ vào lợi thế về giá thành và chi phí vận hành Tại Việt Nam, thép P11 và P22 được ứng dụng rộng rãi trong các ống dẫn hơi áp suất với nhiệt độ trung bình và cao Do đó, việc dự đoán sự suy giảm cơ tính và các đặc tính của hai loại thép này trong quá trình sử dụng là rất quan trọng và có ý nghĩa thực tiễn lớn.

Kết quả nghiên cứu cho thấy hiện tượng chảy rão có thể xảy ra sớm ở thép P11 và P22 khi ống thép hoạt động trong điều kiện nhiệt độ vượt quá 500 o C và chịu tải trọng lớn Thông qua việc kiểm tra hiện trường bằng phương pháp replica, sự thay đổi tổ chức tế vi của ống thép có thể được xác định, từ đó dự báo được khả năng hư hỏng và đưa ra phương án sửa chữa cũng như thay thế kịp thời các bộ phận ống dẫn hơi có nguy cơ hỏng hóc.

Để nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật, việc vận hành nhà máy điện với nhiệt độ và áp suất hơi cao là rất cần thiết Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là nguồn thông tin tham khảo hữu ích cho các nhà máy nhiệt.

9 điện trong việc xác định được điều kiện làm việc (nhiệt độ và áp suất) tối ưu của thép ống P11 và P22

5 Tính mới của luận án

Nghiên cứu về những thay đổi cơ tính và tổ chức tế vi của thép hợp kim thấp mác P11 và P22 đã được thực hiện một cách chi tiết dưới các điều kiện nhiệt độ, tải trọng và thời gian khác nhau.

Luận án đã chỉ ra sự biến đổi của pha cacbit và sự hình thành lỗ rỗng trong thép P22 khi chịu tải trọng không đổi ở nhiệt độ cao hoặc trong thời gian dài Những hiện tượng này là dấu hiệu ban đầu cho thấy sự suy giảm đáng kể về cơ tính của thép.

6 Bố cục của luận án

Ngoài phần Mở đầu và các mục theo quy định, luận án được trình bày trong các phần cụ thể như sau:

- Chương 1 Tổng quan nghiên cứu

- Chương 2 Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm

- Chương 3 Kết quả và thảo luận

- Danh mục các công trình đã công bố của luận án

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1 Sơ lược về nhà máy nhiệt điện

1.1.1 Vai trò của nhiệt điện đối với an ninh năng lượng của Việt Nam

Nhiệt điện đóng vai trò quan trọng trong an ninh năng lượng quốc gia Việt Nam, từ năm 1976 đến nay luôn chiếm tỷ trọng lớn trong nguồn cung năng lượng Trong giai đoạn 1980 - 1990, sản lượng điện từ các nhà máy nhiệt điện chạy than chiếm khoảng 40% tổng sản lượng toàn hệ thống Tuy nhiên, từ 1990 đến 2010, do tập trung khai thác thủy điện, tỷ trọng này giảm xuống còn 10 - 16% Từ năm 2011, quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020, có xét đến năm 2030, đã được triển khai, với mục tiêu đến năm 2020, tổng công suất các nhà máy nhiệt điện chạy than đạt khoảng 26.000 MW, chiếm 42,7% công suất toàn hệ thống.

Từ năm 2011, nhiều nhà máy nhiệt điện lớn với công suất từ 600 đến 4000 MW đã được đưa vào vận hành trên toàn quốc Nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ là lớn nhất với công suất 3990 MW, bên cạnh đó còn có các nhà máy khác như Phả Lại (1040 MW), Uông Bí (300 MW) và Ninh Bình (300 MW).

Hình 1.1 Tỷ lệ sản xuất điện từ các nguồn khác nhau năm 2019

Năm 2019, nhiệt điện chiếm 58,4% tổng lượng điện sản xuất và dự kiến sẽ tiếp tục giữ vai trò chủ đạo đến năm 2030, với công suất từ các nhà máy nhiệt điện có thể đạt trên 63% tổng nguồn cung Nhiệt điện, bao gồm đốt than và khí ga, khẳng định vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia hiện tại và tương lai.

Bảng 1.1 Dự báo công suất điện từ các nguồn vào năm 2020 và 2030 [1]

Tỷ lệ sản phẩm (%) Đốt than 36000 48 46,8 75000 51,6 56,4

1.1.2 Công nghệ vận hành trong các nhà máy nhiệt điện

Hình 1.2 Sơ đồ điển hình của một nhà máy nhiệt điện đốt than

Trong nhà máy nhiệt điện, nước được hóa hơi nhờ nhiệt từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch như than và khí, sau đó hơi nước được dẫn qua hệ thống ống để quay tuabin và tạo ra điện năng Hơi nước chính sẽ được đưa trở lại để hoàn nhiệt cho hệ thống ống dẫn, quá trình này gọi là gia nhiệt Các bộ phận như lò hơi, tuabin và hệ thống ống dẫn thường hoạt động trong môi trường có nhiệt độ và áp suất cao, với nhiệt độ lên tới 580 oC và áp suất khoảng 8 MPa.

Bảng 1.2 Môi chất làm việc và nhiệt độ làm việc trong đường ống dẫn hơi

Cấp ống dẫn Môi chất làm việc Thông số giới hạn của môi chất

Nhiệt độ, o C Áp suất, MPa

E - Nước nóng và hơi bão hòa

Lớn hơn 580 Trên 540 đến 580 Trên 450 đến 540 Đến 450

Không giới hạn Không giới hạn Không giới hạn Lớn hơn 3,9 Lớn hơn 8,0

C - Nước nóng và hơi bão hòa

C - Nước nóng và hơi bão hòa

4 A - Hơi quá nhiệt và hơi bão hòa

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM