GB∕T 30580-2022 电站锅炉主要承压部件寿命评估技术导则.pdf

书 书 书犐 犆犛 犆犆犛犑?犌犅犜?犌犅犜?犜犺 犲狋 犲 犮 犺 狀 犻 犮 犪 犾犵 狌 犻 犱 犲犳 狅 狉狋 犺 犲犾 犻 犳 犲犪 狊 狊 犲 狊 狊犿犲 狀 狋狅 犳犿犪 犻 狀狆 狉 犲 狊 狊 狌 狉 犲狆 犪 狉 狋 狊狅 犳狆 狅狑犲 狉狆 犾 犪 狀 狋犫 狅 犻 犾 犲 狉?目次前言范围规范性引用文件术语和定义缩略语寿命评估前准备寿命评估条件寿命评估程序寿命评估方法寿命评估报告 附录（资料性）电站锅炉承压部件的主要损伤模式 附录（资料性）电站锅炉常用耐热钢在不同状态下的犽、犿值 附录（资料性）电站锅炉常用耐热钢的低周疲劳参数 犌犅犜 前言本文件按照 标准化工作导则第部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件代替 电站锅炉主要承压部件寿命评估技术导则，与 相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：更改了规范性引用文件，用 替代 （见第章、，年版的第章、）；删除了更换一般性部件进行寿命评估的内容（见 年版的）；增加了 （）、（）、（）奥氏体耐热钢的犔 犕曲线及参数（见 、）；增加了 （）异种钢焊接接头的犔 犕曲线及参数（见 ）；增加了基于蠕变胀粗预测蠕变寿命的射影方法（见 ）。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国锅炉压力容器标准化技术委员会（）提出并归口。本文件起草单位：中国特种设备检测研究院、上海发电设备成套设计研究院有限责任公司、苏州热工研究院有限公司、上海交通大学、西安热工研究院有限公司、国家能源集团新能源技术研究院有限公司、江苏省特种设备安全监督检验研究院、西安交通大学。本文件主要起草人：钱公、车畅、窦文宇、史进渊、赵彦芬、李余德、蔡晖、郭元亮、汪勇、任爱、陈新中、李立人、梁军、张路、王笑梅、梁国安、廖晓炜、赵钦新、吾之英。本文件 年首次发布 ，本次为第一次修订。犌犅犜 电站锅炉主要承压部件寿命评估技术导则范围本文件规定了电站锅炉主要承压部件寿命评估的内容，确立了寿命评估的程序，描述了寿命评估的方法，规定了寿命评估报告的内容。本文件适用于在用电站锅炉承压部件的寿命评估。本文件不适用于存在超标缺陷电站锅炉承压部件的寿命评估。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。金属材料单轴拉伸蠕变试验方法 金属材料轴向等辐低循环疲劳试验方法 水管锅炉第部分：受压元件强度计算 锅炉及压力容器规范第三卷第一册分卷高温一级部件（）术语和定义下列术语和定义适用于本文件。疲劳犳 犪 狋 犻 犵 狌 犲材料或部件在循环应力或应变作用下，在某点或某些点逐渐产生局部的累积损伤，经一定循环次数后形成裂纹或继续扩展直至完全断裂的现象。低周疲劳犾 狅狑 犮 狔 犮 犾 犲犳 犪 狋 犻 犵 狌 犲在局部循环塑性应变作用下，循环周次一般低于 次循环的疲劳。蠕变犮 狉 犲 犲 狆在一定的温度下，金属材料或机械部件在长时间的恒定应力作用下发生缓慢塑性变形的现象。持久强度犱 狌 狉 犪 狋 犻 狏 犲狊 狋 狉 犲 狀 犵 狋 犺材料在规定的蠕变断裂条件（一定的温度和规定的时间）下保持不失效的最大承载应力。腐蚀犮 狅 狉 狉 狅 狊 犻 狅 狀材料与环境之间的化学或电化学反应。犌犅犜 磨损犪 犫 狉 犪 狊 犻 狅 狀由于摩擦而导致的金属表面的损伤。剩余寿命狉 犲犿犪 犻 狀 犻 狀 犵犾 犻 犳 犲；狉 犲 狊 犻 犱 狌 犪 犾犾 犻 犳 犲承压部件在服役条件下能够保障继续安全运行的剩余时间或疲劳循环次数。缩略语下列缩略语适用于本文件。计算流体力学（）有限元分析（）无损检测（）数值传热学（）寿命评估前准备 基本资料采集 电站锅炉承压部件设计资料包括制造单位信息、炉型、设计依据、部件材料质量证明文件及其力学性能试验报告、制造工艺文件、结构图纸、强度计算书、管道系统设计资料等。电站锅炉承压部件出厂质量证明书、检验报告或记录等。电站锅炉安装资料，重要安装焊口的工艺检查资料，主要缺陷的处理记录，高温蒸汽管道安装的预拉紧记录等。电站锅炉运行资料包括机组投运时间、累计运行小时数等。电站锅炉典型的负荷记录（或代表日负荷曲线），调峰运行方式等。电站锅炉冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动以及滑参数停机、正常停机、异常停机次数等。电站锅炉历次事故和事故分析报告。电站锅炉运行记录，包括承压部件实际运行的温度、压力及其波动范围，是否有长时间超设计参数（温度、压力等）运行等。电站锅炉历年可靠性统计资料。电站锅炉承压部件维修与更换记录。电站锅炉历次检修检查记录，包括部件内外观检查、几何尺寸测定、材料成分分析、金相检查、硬度测量、蠕胀测量、腐蚀磨损状况检查和部件的支吊系统检查等记录。历次检验报告。电站锅炉未来的运行计划。损伤模式电站锅炉各承压部件主要损伤模式见附录，根据部件的主要损伤模式选择适用的寿命评估方法。寿命评估所需要的各项数据以及获得方式 寿命评估所需材料性能数据 力学性能包括常温和工作温度下的拉伸与冲击性能、低周疲劳或疲劳蠕变交互作用特性、韧犌犅犜 脆转变温度、硬度、持久强度、蠕变极限等。物理性能包括弹性模量、泊松比、线膨胀系数、比热容、热导率等。化学性能包括氧化速率、腐蚀速率等。微观组织包括球化或老化级别、裂纹、石墨化级别等，对于高铬的马氏体、奥氏体耐热钢必要时应增加马氏体板条、位错及第二相析出等的透镜检查。材料性能数据的获得 在条件许可的情况下，应在部件服役条件最苛刻的部位取样进行相关的材料性能试验。若直接在部件上取样有困难，可选用与部件材料牌号相同、工艺相同（保证微观组织和硬度范围的一致性）的原材料进行试验（至少有一组试验应在与部件工作温度相同的温度下进行）。如在短时间内不能取得实际试验数据，可参考相同牌号、相同状态材料已积累的数据的下限值。若以上条件不具备时，可采用微试样法来获得材料性能数据。承压部件高应力危险部位应力分析 管道受力分析时应依据管道目前的支吊状况及有关管系设计、安装原始资料，对管系进行应力分析，找出其最大受力部位，并确定其应力水平，尤其是管系中弯头承受的附加应力。锅炉锅筒和汽水分离器的应力分析应考虑到承压产生的应力、热应力和弯曲应力，此外，还应考虑筒体角变形、焊缝错边和筒体不圆度引起的应力集中及下降管接管座角焊缝处的应力集中。高温管道、三通和集箱主要计算承压产生的应力及热应力，但应考虑接管开孔处的应力集中。对结构较为复杂的焊接部件，应考虑焊接残余应力的影响。应力水平的获得 按照 进行应力计算。对复杂结构和复杂应力状态的承压部件，也可采用进行应力分析。采用应力（应变）测量装置对监测部位进行实际测量。确定承压部件金属壁温的考虑因素 锅筒、三通、集箱和管道沿壁厚方向温度分布的不均匀性。高温集箱沿长度方向温度分布的不均匀性。过热器、再热器管子管外烟气速度、温度分布和管内蒸汽速度、温度分布的不均匀性。金属壁温的获得 采用成熟的传热公式进行金属壁温计算。在应用合理的数学物理模型的基础上，采用数值分析法（、）来确定金属壁温。通过布置在承压部件外壁的测温装置（如热电偶）直接测量承压部件金属壁温，对炉内过热器、再热器管，在布置测温装置时应考虑管子内外壁氧化层对测量精度的影响以及飞灰磨损和烟气腐蚀而引起的测温装置的脱落或失效。采用红外热像仪非接触式测量金属壁温。寿命评估条件 电站锅炉承压部件运行时间不少于 年或 万（以先到为准）时，应进行寿命评估。犌犅犜 对于曾提高参数（相对于设计参数）运行的电站锅炉主要承压部件、以及采用高合金马氏体钢的主蒸汽管道、再热蒸汽管道（热段）、集箱等部件，进行寿命评估的运行时间应适当提前。对超过规定允许启停次数或启停频繁以及参与调峰的锅炉，应对锅筒、汽水分离器进行低周疲劳寿命评估，对高温蒸汽管道和高温集箱进行疲劳蠕变寿命评估。主蒸汽管道、再热蒸汽管道（热段）、锅筒、集箱的实测壁厚小于按照 计算得到的理论计算壁厚时，应进行寿命评估。主蒸汽管道、再热蒸汽管道（热段）、高温集箱存在以下情况之一时，应进行寿命评估：）组织老化（如球化、石墨化以及析出相种类、尺寸、分布异常等）程度较为严重；）蠕变相对变形量或蠕变速率较大；）硬度异常。对腐蚀、磨损速率较大的受热面管子，应进行寿命评估。根据电站锅炉承压部件的检验结果，检验人员或使用单位认为有必要进行寿命评估时，应进行寿命评估。寿命评估程序 通用程序电站锅炉主要承压部件寿命评估的通用程序见图。图电站锅炉承压部件寿命评估通用程序 三级评估 级评估：寿命的初步评估。通过审查电站锅炉的设计、制造、安装、运行、历次检修及对主要承压部件的检验与测试记录、事故情况、更新改造等资料来确定承压部件的寿命。级评估：寿命的较精确评估。通过对承压部件的当前状态进行初步检查、用经验公式计算应力、测量尺寸和运行工况等来取得级评估所需要的数据。当承压部件已运行时间超出级评估确定犌犅犜 的寿命时，应进行级评估。级评估：寿命的精确评估。通过对承压部件的应力进行或实际测量，并取样对材料特性进行测量。当承压部件已运行时间超出级评估确定的寿命时，应进行级评估。三级评估需要的资料见表。表三级评估所需资料所需资料级评估级评估级评估设计、制造和安装资料电厂及制造厂资料电厂及制造厂资料电厂及制造厂资料运行历程电厂记录电厂记录电厂记录事故、维修记录电厂记录电厂记录电厂记录温度和压力设计或实际运行值实际运行或测量值实际运行或测量值运行工况运行记录或额定参数运行记录运行记录蠕变测量数据检修记录检修记录检修记录部件几何尺寸设计制造资料测量值测量值无损探伤检测检测检测是否取样否否是微观组织不检测现场复型金相现场复型实验室试验（不可取样的部件除外）硬度不检测检测检测材料特性查阅资料，取最低值查阅资料，取最低值试验测定，取最低值（不可取样的部件除外）寿命评估方法 蠕变损伤寿命评估 等温线外推法 适用于 以上碳钢、合金钢的受热面管、管道及集箱的蠕变寿命评估。在使用中，应结合部件材料微观组织的老化特征进行寿命评估。选择与部件工作温度相同的温度，按 进行材料的持久断裂试验。按公式（）对试验数据应力断裂时间用最小二乘法进行拟合，作出材料的持久强度曲线，见图。犽（狋）犿（）式中：试样加载的应力水平，单位为兆帕（）；犽 由试验确定的材料系数；狋 断裂时间，单位为小时（）；犿 由试验确定的材料指数。犌犅犜 图材料的持久强度曲线 电站锅炉常用耐热钢在不同状态下的犽、犿值见附录。按公式（），外推材料某一规定时间的持久强度时，外推的规定时间应小于最长试验点时间的 倍。对于 钢，根据实际条件外推的规定时间宜小于最长试验点时间倍。确定部件工作条件下的最大应力部位及最大应力（）。按公式（）计算断裂时间。狋 狀 （）式中：、分别为某一温度下万和 万的持久强度，单位为兆帕（）；狀 安全系数，按中值线时，狀取；按下限线时，狀取。见图。累积蠕变损伤的计算，按每一温度、应力等级分别计算每一损伤单元，这些损伤的总和达到时，承压部件失效。累积蠕变损伤（犇）按公式（）计算。犇狀犻狋犻狋犻（）式中：狋犻 承压部件在第犻种应力与温度下的运行时间；狋犻 承压部件在第犻种应力与温度下的蠕变断裂时间。犔 犕参数法 适用于 以上碳钢、合金钢的受热面管、管道及集箱的蠕变寿命评估。犔 犕参数是时间和温度二者相结合的参数，以犘（）表示，按公式（）计算。犘（）犜（犆 狋）（）式中：犜 试验温度，单位为开尔文（）；犆 材料常数；狋 断裂时间，单位为小时（）。确定材料的犔 犕参数，选部件工作温度及其附近共个温度，在每一温度下至少进行个应犌犅犜 力水平下的持久断裂试验。按公式（）对试验数据进行多元线性回归处理求解出犆值：狋（犆犆 犆 犆 犆）犜犆（）式中：犆、犆、犆、犆、犆 拟合系数。依据拟合出的公式，绘制犘（）曲线。（）钢的犔 犕参数犘（）按公式（）计算。犘（）犜（狋）（）（）钢的犘（）曲线见图。图 犆 狉 犕狅（犜犘 ）钢的犘（）曲线 钢的犔 犕参数犘（）按公式（）计算。