CN113607041A - 一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法，该方法配置有管道焊缝测量工装，所述管道焊缝测量工装，包括工装A、工装B、探头、弹簧加载、接入信号采集传输装置、焊缝，所述监测方法包括：将工装A、工装B分别布置在焊缝两侧，所述探头固定连接在工装B上，为了避免由于管道服役温度高达度，所述焊缝会发生热膨胀导致步骤不能进一步运行。本发明，通过这样的在线蠕变监测方法，成功实现了首次实施焊缝蠕变在线测量，测量结果与实际情况更加接近，受割管限制较少、首次将电容阻抗测量与高温金属的蠕胀测量相结合、将金属蠕变失效的三阶段机理与焊缝蠕变变形量在线检测相融合，实现金属焊缝蠕变变形的跟踪监控、预警。

Description

一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法。

背景技术

众所周知，当代经济的发展离不了能源的供应，超超临界燃煤发电机组在国内保有量较大，担负着国家经济发展电力保障重任，当超超临界燃煤发电机组为追求经济性、高效性，大量使用SA335-P92、 122等高合金耐热钢钢材作为蒸汽输送管道，此类管道普遍服役温度在590℃以上，超过材料的发生蠕变损伤的温度上限值，此类管道因为正常服役寿命将近或者特殊的工况导致寿命将近时，发生蠕变损伤失效的概率将会大幅上升，尤其是管道焊缝作为管道薄弱点将使问题更加突出，危及管道使用安全，然而目前尚无有效的手段对上述风险进行有效的在线监控。

蠕变损伤的速率非常缓慢，一般会经历三个损伤阶段：过渡蠕变阶段、稳态蠕变阶段、加速蠕变阶段。蠕变损伤检测是管道安全服役的一项重要检测手段，目前主要采取机组停机时利用蠕胀尺进行检测手动记录的方式进行检测监督，然而此种检测方法极为复杂，且易被检测件表面平整度、环境温度等影响，且检测精度仅为0.02mm因而预警时效性较差，无法实现在线监测，由于检测数据准确度不高，目前最新《火火力发电厂金属技术监督规程》(DL/T 438-2016)已经将此项监督检测要求取消，但并不代表此项检测没有价值。

根据已知的背景技术和急需改进完善的缺陷，故发明一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法，该方法配置有管道焊缝测量工装，所述管道焊缝测量工装，包括工装A、工装 B、探头、弹簧加载、接入信号采集传输装置、焊缝，所述监测方法包括：

将工装A、工装B分别布置在焊缝两侧，所述探头固定连接在工装B上，为了避免由于管道服役温度高达度，所述焊缝会发生热膨胀导致步骤不能进一步运行；

将探头设置为T型结构，所述探头尾部螺帽部位与工装B在水平方向保留一定间隙；

伴随着管道由冷态启动变为热态过程，所述探头与工装A逐渐分开且最终保持.0.5-2mm间隙；

当管道并焊缝服役温度一定时，正常工况下所述探头与工装A间距一定；

在异常工况下，在管道焊缝温度一定时，由于蠕胀或发生焊缝开裂，探头与工装A间距会发生变化，包括：

若发生开裂，则一般位移变形量较大，可以立即通过位移变化判断设备出现异常；

若非开裂，而是发生蠕变变形，则可通过高精度的位移变化量记录，实现蠕变速率监控，并实现预警。

优选地，该方法包括核心测量预警系统，包括：

管道焊缝工装，采集原始数据，通过测量探头与工装A的间距变化，粗略判断是开裂还是蠕变，为接下来的操作提供判断依据；

蠕胀传感器，将超超临界燃煤发电机管道焊缝在使用过程中是否发生蠕胀的信息及时转化为电信号，为信息的进一步处理铺垫；

高精密数据采集分析装置，将蠕胀传感器传回的信息进行高精密收集，再经过分析直观展示超超临界燃煤发电机管道焊缝的运行状况；

监控系统等组成，全程监控超超临界燃煤发电机管道焊缝的运行状况，及时预警、提醒。

优选地，在冷态安装时，所述探头尾部螺帽部位与工装B在水平方向保留2-3mm间隙。

优选地，当管道服役温度高达600度，焊缝由室温到工作温度热膨胀量约为3mm。

优选地，所述探头与工装A的接触平面之间形成电容，所述电容存在一个阻抗值，该阻抗值与探头到工装A的接触面质检点额距离成正比关系，公式为：

阻抗Xc＝K×L，(k为常数，与接触面积等有关，L为距离)。

优选地，根据阻抗值与探头到工装A的接触面质检点额距离成正比关系可以反推出公式：

探头面与工装A的距离L＝Xc/K；

根据上述反推公式，通过传感器精确测量焊缝两侧在服役温度相同时的距离变化量，将数据传入云端数据分析系统，实现数据的智能分析监控，成功实现了对焊缝蠕变情况和开裂情况的监控，且能够智能预警。

优选地，本方法是基于实验室分析基础、现场实际服役环境因素、实际安全生产要求，进行综合研究分析，研究制定的一套一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法，并配套了检测工装和数据采集、传输、分析系统。

相比现有技术，本发明的有益效果为：

1、通过这样的在线蠕变监测方法，成功实现了首次实施焊缝蠕变在线测量，然而常规做好需要将管道切割取样进行实验室模拟环境测量，测量结果可能与实际情况有较大偏差，且受割管限制较多，首次将电容阻抗测量与高温金属的蠕胀测量相结合、将金属蠕变失效的三阶段机理与焊缝蠕变变形量在线检测相融合，实现金属焊缝蠕变变形的跟踪监控、预警。

2、通过核心测量预警系统的设置与实施，成功实现了通过传感器精确测量焊缝两侧在服役温度相同时的距离变化量，将数据传入云端数据分析系统，实现数据的智能分析监控，使得蠕变速率变动情况、焊缝开裂的24小时监控测量、智能预警得到清晰掌握，而智能预警参数设定依据了高合金耐热钢钢材现有的实验室蠕变持久试验数据，数据可靠，并且测量精准，远高于普通机械式蠕胀尺的测量值，且无需人工测量，减少人工测量的误差。

3、本方法通过整合了高精度电容式传感器，实现了微米级蠕变变形量持续检测，能够有效的记录蠕变变形量和变形速率，同时实现对管道蠕变损伤级别的监控，能有效的对管道蠕变失效进行监控，大幅提高管道使用安全性，并且由于蠕变测量数据取于现场实际服役的管道，一定程度上检测数据的可信度、精准度还要高于实验室寿命评估结果。

附图说明

图1为本发明提出的一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法中管道焊缝测量工装的结构示意图；

图2为本发明提出的一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法中金属蠕变失效的三阶段机理的示意图；

图3为本发明提出的一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法中核心测量预警系统的结构示意图；

图4为本发明提出的一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法中蠕变持久试验的流程图；

图5为本发明提出的一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法中蠕变持久试验结果显示图；

图中：1工装A、2工装B、3探头、4弹簧加载、5接入信号采集传输装置、6焊缝。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-3，一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法，需要说明的是，该方法是根据金属材料在高温时会发生蠕变现象实验研究得出，即在应力恒定的情况下，材料在应力的持续作用下不断地发生变形，因此，材料在高温下的强度与载荷作用的时间有关。

金属材料的蠕变通常按照蠕变速率

将蠕变过程分为三个阶段。

第一阶段ab是减速蠕变阶段又称过渡蠕变阶段，这一阶段开始的蠕变速率很大，随着时间增加，蠕变速率逐渐减小，到b点达到最小值；第二阶段bc是恒速蠕变阶段又称稳态蠕变阶段，这一阶段的蠕变速率保持不变。一般所指的金属蠕变速率，都是指的这一阶段而言；第三阶段cd是加速蠕变阶段，随着时间增加，蠕变速率越来越快，到d点便蠕变断裂；

蠕变第一阶段是很短的，不超过几百小时，一般在高温下工作的机件所要求的寿命都设定在蠕变第二阶段，因此人们对蠕变第二阶段特别关注，通常用蠕变方程来描述蠕变曲线的前两个阶段；

根据《火力发电厂高温高压蒸汽管道蠕变监督规程》(DL/T 441-2004)蠕变监督评价要求：a、蠕变恒速阶段的蠕变速率应不大于1x10^-5％/h；b、总的相对蠕变应变ε达1％时应进行试验鉴定；c、总的相对蠕变应变ε达2％时应更换管子；

通过试验室数据分析，超超临界燃煤发电机金属材料发生第三阶段蠕变失效的时长普遍超过1000小时；

通过综合分析可知：

可有效的对蠕变第二阶段的蠕变速率有效监控，根据《火力发电厂高温高压蒸汽管道蠕变监督规程》(DL/T 441-2004)，可对材料的服役安全性、寿命评估提供有利指导依据；

可有效的对蠕变第三阶段的蠕变速率有效监控，可对部件的暴漏进行及时预警、提醒。

本方法是基于实验室分析基础、现场实际服役环境因素、实际安全生产要求，进行综合研究分析，研究制定的一套一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法，并配套了检测工装和数据采集、传输、分析系统。

一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法，该方法配置有管道焊缝测量工装，管道焊缝测量工装，包括工装A1、工装B2、探头3、弹簧加载4、接入信号采集传输装置5、焊缝6，监测方法包括：

将工装A1、工装B2分别布置在焊缝6两侧，探头3固定连接在工装B2上，为了避免由于管道服役温度高达600度，焊缝6会发生热膨胀导致步骤不能进一步运行，需要说明的是，焊缝6由室温到工作温度热膨胀量约为3mm；

将探头3设置为T型结构，探头3尾部螺帽部位与工装B2在水平方向保留一定间隙，需要注意的是，间隙一般为2-3mm；

伴随着管道由冷态启动变为热态过程，探头3与工装A1逐渐分开且最终保持0.5-2mm间隙；

当管道并焊缝6服役温度一定时，正常工况下探头3与工装A1 间距一定；

在异常工况下，在管道焊缝温度一定时，由于蠕胀或发生焊缝开裂，探头3与工装A1间距会发生变化，包括：

若发生开裂，则一般位移变形量较大，可以立即通过位移变化判断设备出现异常；

若非开裂，而是发生蠕变变形，则可通过高精度的位移变化量记录，实现蠕变速率监控，并实现预警；

该方法需要说明的是，探头3与工装A1的接触平面之间形成电容，电容存在一个阻抗值，该阻抗值与探头3到工装A1的接触面质检点额距离成正比关系，公式为：

阻抗Xc＝K×L，其中k为常数，与接触面积等有关、L为距离；

其中可以反推出公式：

探头面与工装A的距离L＝Xc/K；

根据上述反推公式，通过传感器精确测量焊缝两侧在服役温度相同时的距离变化量，将数据传入云端数据分析系统，实现数据的智能分析监控，成功实现了对焊缝蠕变情况和开裂情况的监控，且能够智能预警。

通过这样的操作方法，成功实现了首次实施焊缝蠕变在线测量，然而常规做好需要将管道切割取样进行实验室模拟环境测量，测量结果可能与实际情况有较大偏差，且受割管限制较多、首次将电容阻抗测量与高温金属的蠕胀测量相结合、将金属蠕变失效的三阶段机理与焊缝蠕变变形量在线检测相融合，实现金属焊缝蠕变变形的跟踪监控、预警。

该方法包括核心测量预警系统，包括：

管道焊缝工装，采集原始数据，通过测量探头3与工装A1的间距变化，粗略判断是开裂还是蠕变，为接下来的操作提供判断依据；

蠕胀传感器，将超超临界燃煤发电机管道焊缝在使用过程中是否发生蠕胀的信息及时转化为电信号，为信息的进一步处理铺垫；

高精密数据采集分析装置，将蠕胀传感器传回的信息进行高精密收集，再经过分析直观展示超超临界燃煤发电机管道焊缝的运行状况；

监控系统等组成，全程监控超超临界燃煤发电机管道焊缝的运行状况，及时预警、提醒。

需要补充说明的是，本发明采用的传感器及特殊加装工艺可实现 590℃以上高温管道的持续蠕变状况监测，克服了过去采用高温应力、应变片测量蠕变状况而存在的寿命不足、无法持续监控的的难题。

如图4、图5所示：本发明核心测量预警系统中蠕变特性监控阀值的设置是基于大量真实实验室蠕变持久试验数据统计分析基础上给出的，阀值的设置充分考虑了设备系统运行的安全性和火电机组服役的特点，为异常的及时发现和妥善处理提供了充裕的时间。

根据图4所示的实验室数据可外推分析，实际工况下，当(SA335 P92、SA335 P122)材料进入蠕变疲劳第三阶段至材料发生开裂失效时间超过2000小时以上，此时预警仍可预留充足的寿命余量，为妥善应对处理保留充足的时间，如图5所示，基于蠕变第三阶段监控预警的在线蠕变监测方法能够科学有效的实施管道焊缝在线蠕变安全监测，可作为最后一道安全监控、保障系统应用于实际生产中，对于同时保证设备服役安全同时最大限度的挖掘设备使用潜力至关重要。

通过核心测量预警系统的设置与实施，成功实现了通过传感器精确测量焊缝两侧在服役温度相同时的距离变化量，将数据传入云端数据分析系统，实现数据的智能分析监控，使得蠕变速率变动情况、焊缝开裂的24小时监控测量、智能预警得到清晰掌握，而智能预警参数设定依据了高合金耐热钢钢材现有的实验室蠕变持久试验数据，数据可靠，并且测量精准，远高于普通机械式蠕胀尺的测量值，且无需人工测量，减少人工测量的误差。

本发明中，可通过以下操作方式阐述其功能原理：

首先将工装A1、工装B2分别布置在焊缝6两侧，探头3固定连接在工装B2上，为了避免由于管道服役温度高达600度，焊缝6会发生热膨胀导致步骤不能进一步运行，需要说明的是，焊缝6由室温到工作温度热膨胀量约为3mm，再将探头3设置为T型结构，探头3 尾部螺帽部位与工装B2在水平方向保留一定间隙，需要注意的是，间隙一般为2-3mm，伴随着管道由冷态启动变为热态过程，探头3与工装A1逐渐分开且最终保持0.5-2mm间隙，当管道并焊缝6服役温度一定时，正常工况下探头3与工装A1间距一定；

在异常工况下，在管道焊缝温度一定时，由于蠕胀或发生焊缝开裂，探头3与工装A1间距会发生变化，包括：

若发生开裂，则一般位移变形量较大，可以立即通过位移变化判断设备出现异常；

若非开裂，而是发生蠕变变形，则可通过高精度的位移变化量记录，实现蠕变速率监控，并实现预警。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法，其特征在于，该方法配置有管道焊缝测量工装，所述管道焊缝测量工装，包括工装A(1)、工装B(2)、探头(3)、弹簧加载(4)、接入信号采集传输装置(5)、焊缝(6)，所述监测方法包括：

将工装A(1)、工装B(2)分别布置在焊缝(6)两侧，所述探头(3)固定连接在工装B(2)上，为了避免由于管道服役温度高达600度，所述焊缝(6)会发生热膨胀导致步骤不能进一步运行；

将探头(3)设置为T型结构，所述探头(3)尾部螺帽部位与工装B(2)在水平方向保留一定间隙；

伴随着管道由冷态启动变为热态过程，所述探头(3)与工装A(1)逐渐分开且最终保持0.5-2mm间隙；

当管道并焊缝(6)服役温度一定时，正常工况下所述探头(3)与工装A(1)间距一定；

在异常工况下，在管道焊缝温度一定时，由于蠕胀或发生焊缝开裂，探头(3)与工装A(1)间距会发生变化，包括：

若发生开裂，则一般位移变形量较大，可以立即通过位移变化判断设备出现异常；

若非开裂，而是发生蠕变变形，则可通过高精度的位移变化量记录，实现蠕变速率监控，并实现预警。

2.根据权利要求1所述的一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法，其特征在于，该方法包括核心测量预警系统，包括：

管道焊缝工装，采集原始数据，通过测量探头(3)与工装A(1)的间距变化，粗略判断是开裂还是蠕变，为接下来的操作提供判断依据；

蠕胀传感器，将超超临界燃煤发电机管道焊缝在使用过程中是否发生蠕胀的信息及时转化为电信号，为信息的进一步处理铺垫；

高精密数据采集分析装置，将蠕胀传感器传回的信息进行高精密收集，再经过分析直观展示超超临界燃煤发电机管道焊缝的运行状况；

监控系统等组成，全程监控超超临界燃煤发电机管道焊缝的运行状况，及时预警、提醒。

3.根据权利要求2所述的一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法，其特征在于，在冷态安装时，所述探头(3)尾部螺帽部位与工装B(2)在水平方向保留2-3mm间隙。

4.根据权利要求1所述的一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法，其特征在于，当管道服役温度高达600度，焊缝(6)由室温到工作温度热膨胀量约为3mm。

5.根据权利要求1所述的一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法，其特征在于，所述探头(3)与工装A(1)的接触平面之间形成电容，所述电容存在一个阻抗值，该阻抗值与探头(3)到工装A(1)的接触面质检点额距离成正比关系，公式为：

阻抗Xc＝K×L(k为常数，与接触面积等有关，L为距离)。

6.根据权利要求5所述的一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法，其特征在于，根据阻抗值与探头(3)到工装A(1)的接触面质检点额距离成正比关系可以反推出公式：

探头面与工装A的距离L＝Xc/K；

根据上述反推公式，通过传感器精确测量焊缝两侧在服役温度相同时的距离变化量，将数据传入云端数据分析系统，实现数据的智能分析监控，成功实现了对焊缝蠕变情况和开裂情况的监控，且能够智能预警。

7.根据权利要求1所述的一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法，其特征在于，本方法是基于实验室分析基础、现场实际服役环境因素、实际安全生产要求，进行综合研究分析，研究制定的一套一种超超临界燃煤发电机管道焊缝在线蠕变监测方法，并配套了检测工装和数据采集、传输、分析系统。

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