CN106441836A - 电站锅炉p91耐热管道蠕变寿命评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电站锅炉P91耐热管道蠕变寿命评估方法,包括以下步骤：步骤1)，在主蒸汽管系中选取一定数量的部位设置蠕变测点；步骤2)，利用管壁端面上表现的三向应力状态计算，所述三向应力状态为周向应力σ₁，轴向应力σ₂，径向应力σ₃；步骤2)，求解蠕变测量管段的应力，根据蠕变变形寿命损耗法进行寿命预测，计算主蒸汽管的相对蠕变变形量和极限相对蠕变变形量。本发明在三向应力状态下，各个应力都会使主蒸汽管产生蠕变变形和蠕变损伤，用等效蠕变变形表征三向应力的综合作用结果，因此等效蠕变变形计算蠕变寿命损耗和进行寿命预测壁单独地以轴向蠕变变形更符合实际、也更加准确。

Description

电站锅炉P91耐热管道蠕变寿命评估方法

技术领域

本发明本发明属于钢制管道蠕变性能测试方法领域，具体涉及一种电站锅炉P91耐热管道蠕变寿命评估方法。

背景技术

目前在火电厂超临界机组中蒸汽管道采用的钢管具有优良的高温强度和抗高温氧化性，但是其焊接性能较低合金耐热钢差且蒸汽管道工作在高温和循环载荷工况下,它们的典型失效形式主要为疲劳、蠕变及疲劳蠕变交互作用引起的材料破坏。

蠕变断裂是一种沿晶断裂,其宏观断口呈粗糙的颗粒状,无金属光泽。断口可能因长期在高温下被氧化或腐蚀,表面为氧化层或其他腐蚀物覆盖,即使用电镜也难以看清断口真正形貌。

有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种电站锅炉P91耐热管道蠕变寿命评估方法，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种克服现有技术中以单独地以轴向蠕变变形计算蠕变寿命导致不准确的缺陷的电站锅炉P91耐热管道蠕变寿命评估方法。

本发明电站锅炉P91耐热管道蠕变寿命评估方法，包括：

在主蒸汽管系中选取预定数量的部位设置蠕变测点；

利用管壁端面上表现的三向应力状态计算，所述三向应力状态为周向应力σ₁，轴向应力σ₂，径向应力σ₃；计算公式如下：

其中，r_n为主蒸汽管系内径，r_w为主蒸汽管系外径，r为主蒸汽管系的蠕变测点半径；

P为工作压力，σ_ZHW为持续外载轴向应力，σ_w为持续外载当量应力；

在三向应力的作用下相应产生三向蠕变变形，所述三向蠕变变形为周向蠕变变形ε₁，轴向蠕变变形ε₂，径向蠕变变形ε₃，上述三向应力状态的综合作用相当于等效应力σ_e的作用，其蠕变速度为等效蠕变应变速度蠕变应变为等效蠕变ε_e，支配管道蠕变断裂的应力是Von.Mises等效应力σ_e，其表达式为：

蠕变应力个分量与应力的关系为：

蠕变应力速度各分量与应力的关系为：

三向应力状态下，等效应力与等效蠕变应变速度的关系为其中K、n是与测试温度、材料P91有关的常数；

求解蠕变测量管段的应力，根据蠕变变形寿命损耗法进行寿命预测，其表达式为：

其中，ε_i，ε_ci分别为在i运行参数下主蒸汽管的相对蠕变变形量和极限相对蠕变变形量。

进一步地，在主蒸汽管系的各直管部分选取若干部位设置蠕变测点。

进一步地，在所选取部位焊接A、B两组周向蠕变测点，其中要保证A、B两组周向蠕变测点各个对应的测点在同一轴线上，同时冲眼标出侧厚点。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

在三向应力状态下，各个应力都会使主蒸汽管产

生蠕变变形和蠕变损伤，用等效蠕变变形表征三向应力的综合作用结果，因此等效蠕变变形计算蠕变寿命损耗和进行寿命预测壁单独地以轴向蠕变变形更符合实际、也更加准确。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例

本实施例电站锅炉P91耐热管道蠕变寿命评估方法，包括以下步骤：

步骤1，在主蒸汽管系中选取一定数量的部位设置蠕变测点；蠕变测点的选取是在主蒸汽管系的各直管部分选取若干部位设置蠕变测点；在所选取部位焊接A、B两组周向蠕变测点，要保证两组各个对应的测点在同一轴线上，同时冲眼标出侧厚点；

步骤2，利用管壁端面上表现的三向应力状态计算，所述三向应力状态

为周向应力σ₁，轴向应力σ₂，径向应力σ₃；计算公式如下：

其中，r_n为内径，r_w为外径，r为计算点半径，P为工作压力，σ_ZHW为持续外载轴向应力；σ_w为持续外载当量应力；在三向应力的作用下相应产生三向蠕变变形，所述三向蠕变变形为周向蠕变变形ε₁，轴向蠕变变形ε₂，径向蠕变变形ε₃，上述三向应力状态的综合作用相当于等效应力σ_e的作用，其蠕变速度为等效蠕变应变速度蠕变应变为等效蠕变ε_e，支配管道蠕变断裂的应力是Von.Mises等效应力σ_e，其表达式为：

蠕变应力个分量与应力的关系为：

蠕变应力速度各分量与应力的关系为：

三向应力状态下，等效应力与等效蠕变应变速度的关系为

其中K、n是与测试温度、材料P91有关的常数；

步骤3，求解蠕变测量管段的应力，根据蠕变变形寿命损耗法进行寿命预测，其表达式为

ε_i，ε_ci分别为在i运行参数下主蒸汽管的相对蠕变变形量和极限相对蠕变变形量。

根据上述的式(1)至式(6)联合蠕变测量结果，求的管段的应力为

本实施例，结果更加真实、也更加准确。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种电站锅炉P91耐热管道蠕变寿命评估方法，其特征在于，包括：

在主蒸汽管系中选取预定数量的部位设置蠕变测点；

利用管壁端面上表现的三向应力状态计算，所述三向应力状态为周向应力σ₁，轴向应力σ₂，径向应力σ₃；计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\σ}}_1=\frac{{\mathrm{Pr}}^2}{r_w^2-r_n^2}(1+\frac{r_w^2}{r^2}),\\ {\mathrm{\σ}}_2=\frac{{\mathrm{Pr}}^2}{r_w^2-r_n^2}+{\mathrm{\σ}}_{ZHW}+{\mathrm{\σ}}_w,\\ {\mathrm{\σ}}_3=\frac{{\mathrm{Pr}}^2}{r_w^2-r_n^2}(1-\frac{r_w^2}{r^2}),\end{array}\right.$

其中，r_n为主蒸汽管系内径，r_w为主蒸汽管系外径，r为主蒸汽管系的蠕变测点半径；

P为工作压力，σ_ZHW为持续外载轴向应力，σ_w为持续外载当量应力；

在三向应力的作用下相应产生三向蠕变变形，所述三向蠕变变形为周向蠕变变形ε₁，轴向蠕变变形ε₂，径向蠕变变形ε₃，上述三向应力状态的综合作用相当于等效应力σ_e的作用，其蠕变速度为等效蠕变应变速度蠕变应变为等效蠕变ε_e，支配管道蠕变断裂的应力是Von.Mises等效应力σ_e，其表达式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\σ}}_e=\frac{1}{\sqrt{2}}{\[{({\mathrm{\σ}}_1-{\mathrm{\σ}}_2)}^2+{({\mathrm{\σ}}_2-{\mathrm{\σ}}_3)}^2+{({\mathrm{\σ}}_3-{\mathrm{\σ}}_1)}^2\]}^{\frac{1}{2}}\\ {\mathrm{\ϵ}}_e=\frac{\sqrt{2}}{3}{\[{({\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{\ϵ}}_2)}^2+{({\mathrm{\ϵ}}_2-{\mathrm{\ϵ}}_3)}^2+{({\mathrm{\ϵ}}_3-{\mathrm{\ϵ}}_1)}^2\]}^{\frac{1}{2}}\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_e=\frac{\sqrt{2}}{3}{\[{({\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_1-{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_2)}^2+{({\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_2-{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_3)}^2+{({\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_3-{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_1)}^2\]}^{\frac{1}{2}}\end{array}\right.,$

蠕变应力个分量与应力的关系为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ϵ}}_1=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_e}{{\mathrm{\σ}}_e}\[{\mathrm{\σ}}_1-\frac{1}{2}({\mathrm{\σ}}_2+{\mathrm{\σ}}_3)\]\\ {\mathrm{\ϵ}}_2=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_e}{{\mathrm{\σ}}_e}\[{\mathrm{\σ}}_2-\frac{1}{2}({\mathrm{\σ}}_3+{\mathrm{\σ}}_1)\]\\ {\mathrm{\ϵ}}_3=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_e}{{\mathrm{\σ}}_e}\[{\mathrm{\σ}}_3-\frac{1}{2}({\mathrm{\σ}}_1+{\mathrm{\σ}}_2)\]\end{array}\right.,$

蠕变应力速度各分量与应力的关系为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_1=\frac{{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_e}{{\mathrm{\σ}}_e}\[{\mathrm{\σ}}_1-\frac{1}{2}({\mathrm{\σ}}_2+{\mathrm{\σ}}_3)\]\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_2=\frac{{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_e}{{\mathrm{\σ}}_e}\[{\mathrm{\σ}}_2-\frac{1}{2}({\mathrm{\σ}}_3+{\mathrm{\σ}}_1)\]\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_3=\frac{{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_e}{{\mathrm{\σ}}_e}\[{\mathrm{\σ}}_3-\frac{1}{2}({\mathrm{\σ}}_1+{\mathrm{\σ}}_2)\]\end{array}\right.,$

三向应力状态下，等效应力与等效蠕变应变速度的关系为其中K、n是与测试温度、材料P91有关的常数；

求解蠕变测量管段的应力，根据蠕变变形寿命损耗法进行寿命预测，其表达式为：

其中，ε_i，ε_ci分别为在i运行参数下主蒸汽管的相对蠕变变形量和极限相对蠕变变形量。

2.根据权利要求1所述的电站锅炉P91耐热管道蠕变寿命评估方法，其特征在于，在主蒸汽管系的各直管部分选取若干部位设置蠕变测点。

3.根据权利要求2所述的电站锅炉P91耐热管道蠕变寿命评估方法，其特征在于，在所选取部位焊接A、B两组周向蠕变测点，其中要保证A、B两组周向蠕变测点各个对应的测点在同一轴线上，同时冲眼标出侧厚点。