浅谈主蒸汽管道的蠕变损伤寿命

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1、学兔兔www.xuetutu.com余热锅炉2OO9．317浅谈主蒸汽管道的蠕变损伤寿命杭州锅炉集团股份有限公司武海云摘要本文分析了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~'ATL现阶段多种蠕变寿命分析的比较，并着重介绍了用有限元法分析主汽管道的蠕变损伤寿命，最后提出了主蒸汽管道蠕变损伤寿命的评价的思路和模式。关键词主蒸汽管道蠕变损伤高温有限元分析寿命压力将发生较大变化。这样致使主蒸汽管道引言的损伤具有局部性、复杂性。随着我国电力工业的发展，锅炉主蒸汽高温下主蒸汽管道的应变量和时间关系管道的设

2、计温度高达560℃及以上，设计压曲线如图1所示。可见，管道蠕变的三个阶力也在17MPa等，主蒸汽管道在长期高温高段中第一阶段变形速率随时间而下降。压条件下会发生蠕变损伤，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工程工业所普遍关心的重要问题。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。近年来用于超临蚓界、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

3、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，本图1蠕变曲线文着重以P91材料的主蒸汽管道为例，讨论主蒸汽管道的蠕变损伤寿命。第二阶段是稳定阶段，此时，变形产生的1主蒸汽管道蠕变损伤的特征加工硬化和回复、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1．1主蒸汽管道蠕变机理速率不变，△e／△t=常数)。主蒸汽管道工况复杂多变，有几十甚至第三阶段，愈来愈大的塑性变形在晶界上百的工况组合，在正常工况下，承受高温和形成微孔和裂纹(如图2)塑性变形速率加应力的作用；在异常工况下，

4、如热振动、热冲快，最后导致断裂。击、载荷波动以及机组启停时管道的温度和学兔兔www.xuetutu.com18余热锅炉20O9．3度试验用最小二乘法对数据拟合，用a=k·(tr)获得材料在工作温度下l04h的持久强度外推值，用以作为材料损伤评价和剩余寿命计算的依据。但这种方法有以下弊端：a．寿命计算公式对工作应力十分敏感，安全系数的不同以及局部的高应力都会带来图2蠕变第三阶段在晶界上计算结果的显著变化；形成的微孔和裂纹b．材料的损伤不能单纯用持久强度的降低来解释。此外，破坏评价还存在试验周期所以我们说，主蒸汽管道蠕变第一、

5、二阶长、费用高、取样范围难以克服蠕变损伤的局段是安全稳定的，第三阶段产生了管道的内部分布特征等弱点。部组织损伤，是危险的。2．3有限元分析法1．2主蒸汽管道蠕变损伤的危险部位由上所述主汽管道的蠕变有三个阶段，管道中最薄弱的环节在弯头处，弯头部归纳出来就是一个硬化到损伤的过程，根据位在运行过程中材料出现粘塑性变形，加上损伤力学[引，采用蠕变损伤的Kachanov—Ro．管道弯头在弯制时产生初始厚度不均和椭圆bamov方程可表示为：度现象，在管道的弯头部位形成复杂的多轴dt=丢胁S[(1一lD)+lD(1一D)一“]应力状态，

6、加上管道最大的应力一般发生在(1)弯头部位，这些都对管道弯头的使用寿命产dDla盯l+(1一a)J，，’、生了极大的影响，其失效机理主要是管道在一dtg——截面圆周方向上的蠕变变形导致的蠕变失D=1一(1一g)(西(3)效I13~23。式中：2比较不同评估蠕变损伤寿命的方法e；为蠕变应变张量；S为应力偏张量；2．1周向测量法为最大主应力；目前，许多国家对主蒸汽管道进行寿命预测时采用蠕变变形量为主要指标。但是这dr为冯米赛斯(von—Mises)应力；样的蠕变测量仅限于周向蠕变测量，只反映D为损伤变量；周向应力作用的结果】。

7、实际上，主蒸汽管JD为临界损伤值，当D／D。=1时，表道在运行时存在多轴应力状态，当周向和径明材料达到了其蠕变寿命；向蠕变变形是主要部分时，才可以不考虑轴a(0≤a≤1)为表征多轴破断准则的材料向应力的作用，只按周向最大相对蠕变变形常数；量进行主蒸汽管道的寿命监督和预测。当运B、rl、、A分别是与最小蠕变应变速率行过程中出现支吊架工作状况异常时，会产和蠕变断裂有关的材料常数；生较大的轴向应力。轴向应力过大是引起负为损伤常数；蠕变现象和焊缝及弯管开裂的主要原因]。p和g为考虑损伤非均匀性的材料常数。2．2持久强度法【J本文在

8、此详述了Kachanov—Robatnov方即在待评价管段割管取样，通过持久强程，主要是根据P91主蒸汽管道的局部损伤学兔兔www.xuetutu.com余热锅炉2009．3l9及应力多轴性，它更适合作为有限元分析的本构方程编入有限元分析软件内，通过AN—靠c^，SYS的编译工具UPFs编写用户蠕变损伤