应用_法外推主汽管道蠕变寿命研究
火电机组的寿命预测
火电机组的大多数部件长期在高温、高压下服役(例如：主蒸汽管道、高温联箱、导汽管、集汽三通、汽缸等)，有的在高温、高压和高速旋转条件下运行（例如：汽轮机转子），同时还伴随着腐蚀、磨损等。
这些部件材料的微观组织会随着运行时间的延长而劣化，产生蠕变损伤，如珠光体的分散，碳化物的球化、在晶界聚集和长大、蠕变孔洞、晶界裂纹的产生；伴随着微观组织的损伤而引起材料性能的劣化，如拉伸性能、持久、蠕变强度、冲击韧性的下降和脆性形貌转变温度的上升（典型的主蒸汽管道、高温联箱等）；同时伴随着机组的频繁起停，这些部件还会产生疲劳损伤；由于环境因素还会产生腐蚀、磨损等。
有的部件还存在着制造过程中产生的超标缺陷，在机组运行过程会发生裂纹的扩展，从而导致部件的失效和损伤。
为了保障火电机组的安全运行，避免设备的损坏和人身的伤亡，有必要对机组的关键部件进行状态评估与安全寿命的估算。
原则及方法火电机组进行寿命评估的原则●对于以蠕变失效为主要方式的部件（例如：稳定负荷运行机组锅炉范围内的蒸汽管道、高温联箱、集汽三通、汽轮机的高压转子、高压汽缸等），应对其蠕变寿命进行评估●对于以疲劳和疲劳-蠕变失效为主要方式的部件（例如：调峰机组锅炉的汽包、汽轮机的高压转子等），应对其疲劳寿命和疲劳-蠕变交互作用损伤进行评估对于含超标缺陷、裂纹的部件，应采用断裂力学的方法对缺陷进行安全性评估对要进行更新改造的机组应进行状态检查和评估，并对关键部件进行寿命评估火电机组进行寿命评估的基本方法对部件的设计、运行、更新改造、历次监督检查资料进行收集与分析对部件的现状进行状态检查和状态评估对部件危险部位的应力、应变进行分析与计算对部件材料的各项力学性能数据（特别是蠕变、持久强度数据）、微观组织的变化进行试验分析对部件的寿命进行综合估算技术特点及应用蒸汽管道、高温联箱部件等的蠕变寿命预测●技术方法特点：采用一种新的、精确的修正θ法对管道材料的蠕变变形规律作出预测，同时依据历次测量的管道蠕胀数据，利用逐步外推法对管道的周向蠕胀规律作出预测,进而对蒸汽管道的蠕变寿命作出估算。
火电厂锅炉主蒸汽管道蠕变损伤分析
火电厂锅炉主蒸汽管道蠕变损伤分析摘要：本文分析了电厂锅炉主蒸汽管道蠕变损伤的原理及特点，阐述了主蒸汽管道的蠕变损伤评价的方法，对不同评估蠕变寿命方法进行了分析比较，通过用有限元方法对某算例结果的分析，提出了主蒸汽管道蠕变损伤寿命的评价思路和模式。
关键词：锅炉；主蒸汽管道；蠕变损伤；有限元；寿命1引言随着我国电力工业的发展，锅炉主蒸汽管道的设计温度高达560℃及以上，设计压力也在17MPa等，主蒸汽管道在长期高温高压条件下将发生蠕变损伤。
因此，准确地预测主蒸汽管道的损伤以及安全运行寿命也是发电、石油化工以及核电等企业所普遍关心的重要问题，而进行其蠕变损伤分析以及寿命评估自然上升到了首要位置。
近年来用于超临界、超超临界机组高温高压管道的P91／T91、P92／q92、HCM12A、HCM2S、SUPER304H等合金钢都是为提高其高温蠕变性能以满足高参数机组需求而研制的。
目前，杭州锅炉集团股份有限公司制造的9F、9E等燃机余热锅炉的主蒸汽管道大量采用了P91／P22材料，本文着重以P91材料的主蒸汽管道为例，讨论其蠕变损伤以及安全运行寿命评价。
2 蒸汽管道蠕变损伤的特征2．1 主蒸汽管道蠕变机理主蒸汽管道工况复杂多变，有几十甚至上百的工况组合。
在正常工况下，承受高温和应力的作用；在异常工况下，如热振动、热冲击、载荷波动以及机组启停时管道的温度和压力将发生较大变化，致使主蒸汽管道的损伤具有局部性、复杂性。
图1 蠕变曲线图2 蠕变第三阶段在晶界上形成的微孔和裂纹高温下主蒸汽管道的应变量和时间关系曲线如图1所示。
可见，管道蠕变的三个阶段中第一阶段变形速率随时间而下降。
第二阶段是稳定阶段，此时，变形产生的加工硬化和回复、再结晶同时进行，材料未进一步硬化，所以变形速率基本保持恒定(蠕变速率不变，/t=常数)。
第三阶段，愈来愈大的塑性变形在晶界形成微孔和裂纹(如图2)塑性变形速率加快，最后导致断裂。
因此，主蒸汽管道蠕变第一、二阶段是安全稳定的，第三阶段产生了管道的内部组织损伤，是危险的。
一种预测电站压力管道高温蠕变寿命的方法[发明专利]
![一种预测电站压力管道高温蠕变寿命的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/7fe77bf73086bceb19e8b8f67c1cfad6195fe915.png)
专利名称：一种预测电站压力管道高温蠕变寿命的方法
专利类型：发明专利
发明人：黎俊良,刘福广,冯琳杰,米紫昊,李勇,张巍,杨二娟,王艳松,常哲,孙睿,韩天鹏,葛军,雷俊龙,朱映栋
申请号：CN202210278919.1
申请日：20220321
公开号：CN114638164A
公开日：
20220617
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种预测电站压力管道高温蠕变寿命的方法，属于金属材料力学性能研究技术领域。
通过传统的试验方式获得材料高温蠕变数据，与影响材料蠕变寿命的微观析出相重要参数相结合，对重要压力管道的寿命进行预测。
神经网络具有强大的适应性和计算机监督学习能力，而遗传算法能够优化输入量、隐藏层和输出量的权值和阈值，避免局部最优问题。
使用遗传算法改进的神经网络，仅通过析出相的观察和高温蠕变持久试验输入析出相特征参数和影响蠕变的特征参数，建立能有效预测压力管道蠕变寿命模型、与现有的物理模型和微观组织模型相比，本发明具有更高的预测准确度，能够为压力管道的实效分析、寿命预测提供更好的理论依据，具有重要的研究价值。
申请人：西安热工研究院有限公司,华能平凉发电有限责任公司
地址：710048 陕西省西安市碑林区兴庆路136号
国籍：CN
代理机构：西安通大专利代理有限责任公司
代理人：安彦彦
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X20CrMoWV121钢主蒸汽管长期运行后寿命研究
［ 摘
要］ 通过 蠕 变断裂试 验 和持 久 强 度 试 验 ， 究 １ ５ＭＷ 机组 长期 运 行后 Ｘ ０ ｒ ＷＶ１ １钢 研 ２ ２ Ｃ Ｍｏ ２
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
主 蒸汽 管的蠕 变 变形 方程 和蠕 变 曲线 ， 并根 据 持久 强度 外推 法和 函数 法进行 剩余 寿命 评
２ 在 ５ ０℃试 验温度 不 同应 力 水平 下 的 全过 程 蠕 变 为 ４ 变形 曲线 。
表 ２ ５ ０℃ 试 验 温 度 不 同 应 力 水 平 下 的 ４ 轴 向蠕 变 断 裂 试 验 结 果
图 １ 金 相 组 织 ５ ０ （ 氯 化 铁 盐 酸 水 溶 液浸 蚀 ） ０× 三
维普资讯
Ｘ２ Ｃｒ ｏ Ｖ１ 圭 蒸 汽 管 ０ Ｍ Ｗ １钢 ２
长 期 运 行 后 寿 命 研 究
赵 永 宁 ， 芳柱 刘 天 佐。 刘 ，
１ 山 东 电 力研 究 院 ， 东 济 南 ２ ０ ０ ． 山 ５０２
２ 莱芜发 电厂 ， 东 莱芜 ２ １ ０ ． 山 ７１２
国外最早于 １５ ９９年在荷 兰开 始使用 Ｆ ｌ或 Ｆ ２马 ｌ Ｉ 氏体热强钢 ， 电厂中最长运 行时 间 已超 过 ２ 在 ０万 ｈ 。我 国于 １６ 年在吴泾热电厂 １５ＭＷ 机组上开始使用这两 ９９ ２
种钢 ， 至今在 电厂最长运行 时间也 已接 近 ２ ０万 ｈ 由于 。
运 行管试 样取 自甲侧 主蒸 汽 管流量 孔板 上部 水平
行提供 依 据 。
ｘ ０ ｒ Ｖ１ ｌ （ ２ ｃ Ｍ０ ２ 钢 简称 Ｆ ２钢 ） 属 １ ｃ Ｉ 均 ２ ｒ马 氏体
热强 钢 ， 空 气 和 蒸 汽 介 质 中 的 抗 氧 化 能 力 可 达 在
蒸汽管道蠕变的检查方法及应用
蒸汽管道蠕变的检查方法及应用杨朝阳【摘要】通过在蒸汽管道上安装蠕变测点的方法对蒸汽管道的蠕变状况进行检查,为科学判断管道的使用寿命提供准确依据.【期刊名称】《石油和化工设备》【年(卷),期】2010(013)009【总页数】3页(P39-41)【关键词】蒸汽管道;蠕变测点;蠕变速度;蠕变变形量【作者】杨朝阳【作者单位】天津津滨石化设备有限公司,天津300271【正文语种】中文蠕变是指材料在高温变形过程中形成的在扫描电子显微镜下放大1000倍以上10000倍以下可观察到的微观缺陷，这些缺陷主要是微裂纹和微孔洞，它往往对材料的性能产生不利的影响，因此需要对高温状态下工作的材料进行蠕变监督。
蠕变监督在蒸汽管道中应用较多，主要目的是预防金属发生高温蠕变破坏，保证管道安全运行，还可预测高温部件的剩余寿命。
天津石化公司炼油厂至热电厂的中压蒸汽管线（φ426×22mm）上就安装了3组共24个蠕变测点，其主要任务是通过定期测量和数据分析，及时掌握蒸汽管道金属的蠕变规律，当管道运行时间超过设计使用年限后，为正确分析和预测管道的剩余寿命提供可靠依据。
主蒸汽管道上、蒸汽母管的监督段上应设置3个蠕变测量截面，蠕变测点的位置离焊缝或支吊架的距离不得小于1m，至弯管起弧点不得小于0.75 m。
蠕变测点的安装位置应便于测量，若安装在高处且无法搭架子的地方应设置安装测量平台。
蒸汽管道蠕变测点安装时可采用管道外表面等分圆周长的方法，确定蠕变测点中心的位置，并使测点座对中。
同一截面的各对测点应处于与管道轴线相垂直的同一截面上。
测点座及测点头的焊接必须由具备焊接资格的合格焊工担任，在测点头与测点座焊死前，应调整蠕变测点的高度，使管道上测点间径向尺寸的相互偏差不超过0.1mm。
在炼油厂至热电厂的中压蒸汽管线上安装时，专门购置了用于测量每组蠕变测点尺寸的大外径千分尺，并对千分尺进行了计量检定，以保证测量结果的准确性。
蠕变测点安装时需测量前后千分尺零位校正值、蠕变测点处的管道外径尺寸、带测点高度的管道径向尺寸、管道及千分尺的温度等，测量数据应详细记录到下表中并由生产单位保存。
P91钢蠕变_疲劳交互作用应变特征与寿命预测
「 为破 坏 时 间
为 与温 度 相 关 的 材 料 常 数
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公 式 可得 考 虑 频 率
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劳交 互作用 进 行寿命 预测 。 频 率 修 法 是
为 应 力 幅 , 平 均 应 力 和 寿命 曲线 的 关 系 。 其
中横 轴 为 蠕 变 疲 劳 交 互 作 川 下 的 寿 命 , 纵 轴 分 别 应
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图
钢应 力幅 一 平 均 应 力一寿命 曲线
竺数
、 一 一
证 。 拐 点 都 位 于 应 力 幅 和 平 均 应 力 相 等 的位 置 , 即 最 小应 力为零 的情 况 。 陈 国 良 , 束 国 刚 等 曾把 应 力 控 制
钢进行寿命预测 。 研究结果表明 应力控制下的蠕变一 疲劳 非弹性
变范围 , 平均应变和非弹性应变进行分析和讨论 。 基于应力控制蠕变一 疲劳交互实验特点 , 考虑 了上下保载时
辐照蠕变寿命外推方法
可能与温度 T 、辐照通 量 φ 有 关. 将 辐 照 对 稳 态
合曲线外推得到材料在低应力水平下的蠕变寿命
照蠕变速率与稳态蠕变速率的关系可写成:
预测数据,从而获 得 完 整 的 材 料 蠕 变 断 裂 持 久 强
度曲线,为需长服役期的工程结构设计提供参考.
较 为 常 见 的 一 种 蠕 变 寿 命 外 推 方 法 是 时 间Ｇ温 度
至几十年的时间 成 本,显 然 不 能 满 足 我 国 快 堆 设
计的紧迫要求.如今较为可行的蠕变寿命外推方
ΔH
̇
)
ε ＝ Aexp(
－
RT
(
１)
温度.
辐照将对稳态 蠕 变 速 率 产 生 影 响,该 影 响 的
强弱除了与材料 自 身 的 微 观 结 构 因 素 有 关 外,还
法是利用短时加 速 实 验 数 据 拟 合 曲 线,通 过 该 拟
２００２３７
摘要:奥氏体不锈钢材料被广泛用于的第四代液态金属快中子增殖反应堆核心构件中,辐照和蠕变
损伤耦合作用是影响其寿命的主要模式.为了建立短时辐照蠕变寿命 外 推 的 合 理 方 法,在 参 考 用 于 材
料蠕变寿命外推的时间Ｇ温度参数法的基础上引入一个量 纲 一 的 辐 照 影 响 系 数,根 据 辐 照Ｇ时 间Ｇ温 度 参
寿命外推法 TTP 法 针 对 辐 照 影 响 的 一 个 修 正 形
式.ITTP 法的建立过程与 TTP 法基本一致,同
TTP 法,
ITTP 法 也 是 建 立 在 Ar
rhen
i
us 方 程 的
基础之上,即
５５０℃ ,在高温压 力 容 器 中,长 时 服 役 将 导 致 蠕
变损伤超过疲劳损伤,成为承压件失效的主因 [７].
Omega蠕变寿命评估方法及应用
优越 性 。
关键词 ： 寿命 评 估 ； 变； ｍ ｇ 蠕 Ｏ ｅ ａ方 法 ； Ｐ ７ ＡＩ ９ ５
中 图分 类 号 ：Ｈ１０ ７ Ｔ １４ ３ Ｔ ４ ． ； Ｂ １ ．７ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ １— ８ ７ ２ １ ）９— ０ ９— ５ １０ ４ ３ （０ ２ ０ ０ １ ０
ＳＵＮ ｉ—ｓ ｅ ， Ｈａ ｈ ｎｇ ＸＵ ｎｇ ＧＵＡＮ ｉ—ｓ Ｔｏ ， Ｋａ ｈｕ
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应用θ法外推主汽管道蠕变寿命研究国家电力公司热工研究院(西安 710032) 束国刚 李益民 梁昌乾 赵彦芬
[摘 要] 采用θ法修正方程外推主汽管道蠕变寿命,预测精度较高。
对娘子关电厂2号炉在役主汽管道的蠕胀测量表明,其蠕胀速度明显加快,证明了应用θ法预测寿命的实用性。
[关键词] θ法 外推蠕变寿命 主汽管道 蠕胀 寿命预测
1 θ法拟合蠕变曲线及其断裂模式
不同应力水平及温度下的θ法拟合蠕变曲线与实测变形曲线的比较见文献[1],两曲线吻合很好,选其中540℃下90MPa、120MPa和560℃下90MPa变形后的蠕变试样加工成金相样,置扫描电镜下观察。
由观察结果知:在T=540℃、σ=120MPa时,蠕变裂纹主要在三角晶界处萌生,属应力集中引起的W 型裂纹;在T=540℃、σ=90MPa时,蠕变裂纹主要在晶界上的突出部位和细小第二质点附近萌生,属空位聚集引起的r型裂纹;而在T=560℃、σ=90MPa时,裂纹的形核与长大方式介于上述两者之间。
尽管由于温度或应力水平不同,导致最终不同的蠕变断裂模式,但均可采用同一方程对其数据进行处理,且获得较好结果,由此可说明θ法修正方程具有广泛的适用性。
2 运用θ法修正方程外推主汽管道在实际状况下的运行寿命及变形曲线
2.1 在实际运行状况下的蠕变变形曲线的建立及
其寿命
根据文献[1]的材料常数a、b、c、d值,可获得在T=540℃、σ=70MPa下的λ值。
A=1.45×10-6/h
B=4.47×10-7
α=1.848×10-4/h
于是可获以下蠕变变形方程
ε=At+B(eαt-1)
=1.45×10-6+4.47×10-7(e1.8481×10-4t-1)(1)上述公式描述了管道材料在随时间增长时的变形规律,为金属监督需进行的蠕胀测量工作提供依据。
同时还应指出的是:实际蠕胀量的大小与变形量计算值的对应关系须考虑到整个管系在与时间相关变形过程中应力发生的变化,以及在三元应力而不是单元应力作用下的蠕变变形。
根据动力学计算[2]和实验结果分析[3][4][5],如果采用管道的内压折算应力为受压管道材料当量应力,则管道的直径蠕变变形曲线εp(t)与相同材料的单轴拉抻蠕变变形曲线εs(t)在蠕变寿命的前3/4期限内是相拟的,εp(t)=mεs(t),Iseda[6]等认为系数m约为0.3,也即在运行工况下,方程(1)可写成
ε
p
=4.35×10-7t+1.33×10-8(e1.8481×10-4t-1)
(2)
根据方程(2),借助于计算机,可获蠕变变形量ε随时间变化关系(见图1),最小蠕变速率
ε
m
=4.35×10-7h-1,实际可运行寿命t r=60000h～65000h。
据此,与单轴拉伸蠕变变形相似,管道管径的蠕变方程亦可写成
ε
p
(t)=ε0+α1(eβt-1)
这里的ε0为初始蠕变量,β、α是待定参量,可通过对管道运行过程中所测量的蠕变曲线进行拟合求得,管道运行时间越长,所得拟合方程用于外推管道剩余寿命期间蠕变的准确度越好,从而可更好地预测该管道的剩余寿命。
在实验室亦可通过接近实际状态下的蠕变试验准确地预测管道寿命。
研究论文 36 热力发电・2000(5)
图1 实测运行状态下蠕变变形量随时间变化关系
还值得注意的是,方程(2)是在管道理论折算应力下的蠕变变形方程,在实际运行过程中要充分考虑减薄、管系应力、几何附加应力及蠕变变形等因素对理论折算应力的影响。
2.2 外推寿命结果可靠性分析
根据传统法外推结果,其管道的剩余寿命为:(1)利用持久强度外推t r=7.6×104h;(2)利用蠕变极限外推t c=5.5×104h。
θ法外推结果相一致。
此外,在娘子关电厂2号炉服役的主汽管道,其使用时间已接近该管道材料的寿命终了时间,对其蠕胀测量表明,蠕胀速度明显加快,这可进一步论证θ法外推寿命的正确性及其所建立起来的蠕变变形曲线的实用性。
综合上述,运用θ法修正方程外推寿命,其结果可靠。
3 讨论与结论
(1)利用θ法修正方程可较为准确地预测管道在实际状况下运行剩余寿命,不仅如此,与传统法相比,θ法修正方程除可外推蠕变寿命外,还可建立管道在实际运行状态下的变形量与时间关系曲线,从而为金属监督中蠕胀测量工作提供了理论依据。
(2)由于θ法修正方程中各参数的热力学特点,θ法修正方程可适用于处理不同断裂模式下蠕变断裂性能数据,摆脱了以往外推方法中因考虑断裂模式改变而影响外推准确度的局限性,使外推范围扩大。
参 考 文 献
[1] 束国刚,李益民,梁昌乾,赵彦芬.10CrM o910钢薄壁主汽
管θ法寿命评估及其应用研究.热力发电,2000(4)
[2] S.T aira,R.Otani.Inst.Mech Eng.Japan.70(1967),1737
[3] M.C.C oleman,J.D.Parker.Int.J.Pres.Ves.and Piping,1985,
18:277
[4] K.Asakawa,A.Otom o,Y.Saiga.T etsu-to-Hagane,1979,65:
864
[5] A.Otom o,K.Asakawa,Y.Saiga.T etsu-to-Hagane,1979,65:
933
[6] A.Iseda,Y.Sawaragi,K.Y oshiK awa.ISI J International,1990,
30:862
作者简介 束国刚,1964年生,1984年毕业于北京钢铁学院,1987年获同校硕士学位。
现任国家电力公司热工研究院院长助理,教授级高级工程师。
主要从事电厂高温部件寿命评估与失效分析工作。
收稿日期 1999-12-08
●书讯
《实用锅炉手册》———锅炉工程人员的必备工具书
由中国工程院院士林宗虎教授、徐通模教授主编的《实用锅炉手册》已由化学工业出版社出版,全书共260万字。
该书内容丰富、取材严谨、实用性强,全面反映了各种锅炉有关设计、制造、运行、结构、安装、环境保护、自动控制和改造等方面的最新资料,并附有一系列的计算示例。
书号:I SBN7-5025-2433-9/TK.1国家电力公司热工院竭诚为电力、石化等行业提供新型高效旋膜式除氧器
●
除氧效果优
●变工况能力强
●排汽损失小
产品有1000t/h以下的所有规格,用于300MW及以下机组;对于补水量大、补水温度低的热电厂和调峰机组尤为适用。
地址:西安市兴庆路80号 邮编:710032
联系人:于新颖 E-mail:xinying@
电话:029-*******转2317(O) 029-*******(H)
技术交流
热力发电・2000(5)37 。