GB/T30580-2014
电站锅炉主要承压部件寿命评估技术导则
Thetechnicalguideforthelifeassessmentofmainpressurepartsofpowerplantboiler
- 中国标准分类号（CCS）J98
- 国际标准分类号（ICS）27.060.01
- 实施日期2014-12-01
- 文件格式PDF
- 文本页数27页
- 文件大小730.73KB
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电站锅炉主要承压部件寿命评估技术导则
国家标准 GB/T30580一2014 电站锅炉主要承压部件寿命 评估技术导则 Thetechnielgutdeftortheifeasessmentofmain pressurepartsofpowerplantboiler 2014-05-06发布 2014-12-01实施 国家质量监督检监检疫总局 发布 国家标准花管理委员会国家标准
GB/T30580一2014 目 次 前言 范围 规范性引用文件 术语和定义 缩略语 寿命评估前期准备 寿命评估的条件 寿命评估的程序和步骤 不同损伤模式下寿命评估推荐的方法 寿命评估报告 8 附录A(资料性附录)电站锅炉承压部件的主要损伤模式 19 附录B(资料性附录》电站锅炉常用耐热钢在不同状态下的人、 n值 20 附录c资料性附录)电站锅炉常用耐热钢的低周疲劳参数 23
GB/T30580一2014 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本标准由全国锅炉压力容器标准化技术委员会(SAC/TcC262)提出并归口
本标准起草单位;特种设备检测研究院、上海发电设备成套设计研究院、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、神华国华(北京)电力研究院有限公司、江苏省特种设备 安全监督检验研究院、西安交通大学
本标准主要起草人员:窦文宇、史进渊、赵彦芬、李余德、蔡晖,郭元亮、汪勇、任爱、钱公,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
GB/T30580一2014 电站锅炉主要承压部件寿命 评估技术导则 范围 1.1本标准规定了电站锅炉主要承压部件进行寿命评估的基本原则,提出了寿命评估的基本步骤,推 荐了在不同损伤模式下常用的寿命评估方法
11.2本标准中电站锅炉主要承压部件包括 炉内承压部件:水冷壁、省煤器、过热器、再热器 a b)炉外承压部件;锅简、汽水分离器,集箱 汽水管道:主蒸汽管道、再热燕汽管道、给水管道导汽管
1.3本标准中所列出的电站锅炉承压部件的寿命评估方法仅针对蠕变、疲劳,疲劳-蠕变交互作用、磨 损,烟气侧腐蚀和蠕变,烟气侧腐蚀和磨损共同作用等损伤模式
1.4本标准不适用于带超标缺陷电站锅炉承压部件的寿命评估
规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的
凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本文 件
凡是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 GB/T2039金属材料单轴拉伸蠕变试验方法 GB/T9222水管锅炉受压元件强度计算 金属材料轴向等辐低循环疲劳试验方法 GB/T15248 AsMEBPvcI/NH高温使用的1级部件(Boiler&.PressurevesselcodeIdivisionl-subsec NHclasslcomponentsinelevatedtemperatureservice tion！ 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件
3.1 疲劳fatigue 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 3.2 低周疲劳low-eyelefatigue 在局部循环塑性应变作用下,循环周次一般低于10次循环的疲劳,也称塑性或应变疲劳
GB/T30580一2014 3.3 蠕变 creep 在 -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
3.4 持久强度durativestrength 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
通常以试 样在恒定温度和恒定拉伸载荷下到达规定时间发生断裂时的蠕变断裂应力表示
3.5 腐蚀eorosionm 材料与环境之间的化学或电化学反应
通常按发生部位分为向火侧腐蚀和燕汽侧/水侧腐蚀,按具 体失效机理的不同,向火侧腐蚀又分为高温腐蚀和积灰腐蚀,蒸汽侧/水侧腐蚀又分为碱性腐蚀、燕汽侧 氧化、氢腐蚀、点蚀和应力腐蚀 3.6 磨损 abrasion 由于摩擦而导致的金属表面的损伤
通常分为飞灰/积灰磨损,机械磨损和冲蚀磨损
3.7 剩余寿命remaininglife或residuallife 承压部件在服役条件下能够保障继续安全运行的时间或疲劳循环次数 缩略语 下列缩略语适用于本文件
CFD 计算流体力学(ComputationalFluidDynamics7 FEA 有限元分析(FiniteElementAnalysis) 无损检测(NonDestruetiveExamination/Test) NDE/T NHT 数值传热学(NumericalHeatTransfer) 寿命评估前期准备 5.1基本资料采集 5.1.1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
5.1.2电站锅炉承压部件出厂质量保证书、检验报告或记录等
5.1.3电站锅炉安装资料,重要安装媒口的工艺检查资料,主要缺陷的处理记录,高温蒸汽管道安装的 预拉紧记录等
5.1.4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),最大出力及调峰运行方式等
5.1.5 5.1.6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、事故停机次 数等
GB/T30580一2014 5.1.7电站锅炉历次事故和事故分析报告
5.1.8电站锅炉运行记录,是否有过长时间的超设计参数(温度,压力等)运行等
5.1.9电站锅炉历年可靠性统计资料
5.1.10电站锅炉承压部件维修与更换部件记录
5.1.11电站锅炉历次检修检查记录,包括部件内外观检查、NDE/T、几何尺寸测定、材料成分分析、金 相检查,硬度测量、蠕胀测量记录、腐蚀状况检查和部件的支吊系统检查记录等 5.1.12历次定期检验报告
5.1.13电站锅炉未来的运行计划
5.2 损伤模式 电站锅炉各承压部件损伤模式见附录A,根据部件的主要损伤模式选择合适的寿命评估方法
5.3寿命评估所需要的各项数据以及获得方式 5.3.1寿命评估所需材料性能数据 5.3.1.1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、,脆 性转变温度、,硬度,持久强度、蠕变极限等 5.3.1.2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
5.3.1.3化学性能包括氧化速率,腐蚀速率等
5.3.1.4微观组织包括球化或老化级别,裂纹、石墨化级别等,对于9Cr12Cr钢必要时需增加马氏 体板条、位错及第二相析出等的透镜检查,对于更高Cr含量的钢还需要进行显微组织结构分析
5.3.2材料性能数据的获得 5.3.2.1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
5.3.2.2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)
5.3.2.3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 5.3.2.4采用小冲杆微试样法来获得材料性能数据
5.3.3承压部件高应力危险部位应力分析 5.3.3.1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
5.3.3.2锅炉锅简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,还需 考虑简体角变形、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
5.3.3.3高温管道、三通和集箱主要计算承压产生的应力及热应力,但需考虑接管开孔处的应力集中 5.3.3.4 对结构较为复杂的炽接部件,还应考虑邓接残余应力的影响 5.3.4应力水平的获得 5.3.4.1按照GB/T9222进行应力计算
GB/T30580一2014 5.3.4.2对复杂结构和复杂应力状态的承压部件,也可采用FEA进行应力分析
5.3.4.3采用高温应力(应变)测量装置对监测部位进行实际测量
5.3.5确定承压部件金属壁温的考虑因素 5.3.5.1锅筒、三通、集箱和管道沿壁厚方向温度分布的不均匀性
5.3.5.2高温集箱沿长度方向温度分布的不均匀性
5.3.5.3过热器、再热器管子管外烟气速度、温度分布和管内燕汽速度,温度分布不均匀性
5.3.6金属壁温的获得 5.3.6.1采用成熟的传热公式进行金属壁温计算
5.3.6.2在应用合理的数学物理模型的基础上,采用数值分析法(CFD,NHT)来确定金属壁温
5.3.6.3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,在布置测温装置时必须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 5.3.6.4采用红外热像仪非接触式测量金属壁温
寿命评估的条件 6.1使用单位为保障电站锅炉长周期安全运行,减少承压部件爆漏次数时应进行寿命评估
6.2已运行30年或20万h(含20万h)以上的电站锅炉应进行寿命评估
6.3对于曾提高参数(相对于设计参数)运行的电站锅炉,其进行寿命评估的运行时间应适当提前
6.4对于运行20万h的电站锅炉,若对其有关系统进行过改造,更换了一些一般性部件但未对主要承 压部件进行更换,当继续运行时包括移地使用)需根据实际情况按要求进行寿命评估工作
6.5对于规定了各种工况下允许启停次数的电站锅炉,当超过规定的启停循环周次后,应对锅筒、汽水 分离器进行低周疲劳寿命评估
对启停频繁或参数波动较大的锅炉,除应对锅筒、汽水分离器进行低周 疲劳寿命评估外,还应对高温燕汽管道和集箱进行疲劳-蠕变寿命评估
6.6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GB/T9222计算得到的理论 计算壁厚时 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,也应进行寿命评估 6.7 a)组织劣化(如球化、石墨化、析出相分布等)程度较为严重时; b蠕变相对变形量较大时; 蠕变速率较大时
c 6.8受热面管子腐蚀、磨损速率较大时
6.9根据电站锅炉承压部件的检验结果,检验人员和/或使用单位认为有必要进行寿命评估时
寿命评估的程序和步骤 7.1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1所示:
GB/T30580一2014 收集机组、承压部件 有关资料、数据 承压部件的现状检查 部件材料微观组织检查 部件材料数据 部件应力分析 部件金属壁温 评定寿命 根据微观状态评价材料的老化损伤 综合分析、给出 寿命结束 更换 部件剩余寿命 提出未来的运行监 督措施和大修计划 图1电站锅炉承压部件寿命评估框图 7.2承压部件寿命的三级评估 7.2.1I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
当承压部件已运行时间超出I级评估确定的寿命时,应进行 7.2.2 级评钻
这时,需要通过对承压部件进行初步检蠢,用经脸公式计算应力,渊量尺寸相行工况等来服 得级评估所需要的数据
7.2.3皿级评估:精确评估
当承压部件已运行时间超出I级评估确定的寿命时,应进行皿级评估
这时,需要对承压部件的应力进行FEA或实际测量,并进行取样对材料特性进行测量
7.2.4上述三级评估具体所需要的资料见表1
表1三个等级评估所需资料 所需资料 I级评估 级评估 川级评估 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 所需资料 级评估 I级评估 川级评估 运行工况 记录或额定 检测 详细检测 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 测量 无损探伤 是 是
GB/T30580一2014 表1(续 所需资料 I级评估 级评估 川级评估 香 否 是 是否取样 现场复型十实验室试验 否 微观组织 现场复型金相 不可取样的部件除外 否 硬度 试验测定,取最低值 材料特性 查阅资料,取最低值 查阅资料,取最低值 (不可取样的部件除外) 不同损伤模式下寿命评估推荐的方法 8.1蠕变损伤寿命评估 8.1.1等温线外推法(推荐方法 8.1.1.1适用于450C以上碳钢、合金钢的受热面管、管道及联箱的蠕变寿命评估
在使用中,必须与 部件材料的微观组织的老化特征结合起来进行寿命评估
8.1.1.2选择与部件工作温度相同的温度,按GB/T2039进行材料的持久断裂试验
8.1.1.3利用式(1)对试验数据应力-断裂时间用最小二乘法进行拟合,作出如图2所示的材料持久强 度曲线: 口=k(t,)" 式中: 试样加载的应力水平,单位为兆帕(MPa); -断裂时间,单位为小时(h); p 由试验确定的材料常数
、m. 8.1.1.4电站锅炉常用耐热钢在不同状态下的k、m值参见附录B 8.1.1.5用式(1)外推材料某一规定时间的持久强度口时,外推的规定时间应小于最长试验点时间的 10倍,对于9Cr12Cr钢,建议根据实际条件外推的规定时间应小于最长试验点时间3倍 8.1.1.6确定部件工作条件下的最大应力部位及最大应力
or 8.1.1.7按式(2)计算断裂时间 nomnx lg o" 2 品 lg oios lg" oiot 式中 ai,a'---分别为某一温度下10'h和1oh的持久强度,单位为兆帕(MPa); 安全系数,当选图2中的中值线时,n取1.5;当选图2中的下限线时,n取1.2
8.1.1.8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
GB/T30580一2014 1时,承压部件失效,累积蠕变损伤D按式(3)计算: -是<" D 式中: 承压部件在第种应力与温度下的运行时间; 承压部件在第种应力与温度下的蠕变断裂时间
lr 10 中值线 0 下限线 10 10 10 10 10' / 图2材料的持久强度曲线 8.1.2L-M参数法(推荐方法) 8.1.2.1适用于450C以上碳钢、合金钢的受热面管、管道及集箱的蠕变寿命评估
L-M参数是时间 和温度二者相结合的参数,以P()表示,式(4)为如下关系: P(a)=r(c十lgt, 式中: 断裂时间,单位为小时(h); 试验温度,单位为开尔文(K). 材料常数
8.1.2.2确定材料的LM参数,选部件工作温度及其附近共3个温度,在每一温度下至少进行4个应 力水平下的持久断裂试验
按式(5)对试验数据进行多元线性回归处理求解出c值: 5 lgl,=(C
+Clgo+Clg口十C,lg'aClg'a)/T 式中 C,C,C,C,C -拟合系数
依据拟合出的公式,绘制P(a)-口曲线
8.1.2.31oCrMo910钢的L-M参数为 P()=T(20十lg,) 6 该钢种的P(o)-口曲线见图3所示
GB/T30580一2014 f 45 40 35 30 25 20 n6 10 30 32 36 38 34 HMm)×X555,6 图310CrM0910钢的P(o)
曲线 8.1.2.412CrlMoV钢的L-M参数为: P(厅=T(22十l lgl， 该钢种的P(a)-曲线见图4所示 -510 3001 -540 200 口一570 一580 -610 100 10 18 19 24 21 22 23 20 Fo)×10 图412CrlMoV钢的P(o)-
曲线 8.1.2.5P91钢的L-M参数为: P(o=T30十lgt， (8 该钢种的P(a)口曲线见图5所示
GB/T30580一2014 300 200 币值线 100 下限线 27 29 3 P(ox10 图5Pg1钢的P(o)-
曲线 8.1.2.6P92钢的L-M参数为: P(a=T(36十lgt 该钢种的P(a)-口曲线见图6所示
1000 中值线 下限线 100 32 33 34 35 36 37 38 P(o)×10 图6P92钢的Po)-
曲线 8.1.2.7确定部件工作条件下的最大应力部位及最大应力dm 8.1.2.8由P(a)口曲线上查得部件最大应力对应的L-M参数P(o 8.1.2.9由式(4)或式(6)或式(7)或式(8)或式(9)确定部件蠕变断裂寿命
8.1.30法(推荐方法 8.1.3.1适用于450C以上碳钢、合金钢的管道蠕变寿命评估
8.1.3.2用一组试样在不同温度、不同应力水平下,按GB/T2039执行进行蠕变断裂试验,获得各试样 在某一温度、应力下的蠕变曲线(图7). 8.1.3.3 试样蠕变方程中的0.i=1、2、3、4: 利用式d0)拟合试验杀件下的斩变曲线(图7),求解每一 (10 E=0,(1一e')十.(e一1 式中 -蠕变应变,%; -蠕变第一阶段和第三阶段的蠕变应变参数,@、,0,与应力的关系如图8所示 0、0 -蠕变第一阶段和第三阶段的蜻变曲线的速率参数./,/与应力的关系如图》所示 0、0
GB/T30580一2014 -时间,单位为小时(h)
8.1.3.4再利用式(1l)求出试验条件下的ai、b.c，和d,: lg0，=a =a，十b,o十cT十d,oT 式中: 心 -试验温度,单位为开尔文(K)5 和d 、b、c 与应力,温度有关的系数
a 8.1.3.5求出a、b、c和d，后,将所要预测部件的温度丁和应力
代人式(11)中求出实际部件的 0 (i=12、3、4
8.1.3.6再将实际的温度、应力下的0，代人式(10),确定所要评定的蒸汽管道在其服役条件(温度,应 力)下的材料蠕变曲线
个蠕变应变值求解式(10)即可确定对应于这个给定值的蠕变寿命 8.1.3.7给定 3.2 3.2 2.8 2.8 2.4 2.4 2.0 2.0 S " .6 1.6 1.2 1.2 0.8 0.8 0.4 0.4 20 10 12 16 20 /h 图7典型的蠕变曲线 10o 00 1o 10 0. s 0.1 0.01 0.01 0.001 0.000 0.001 0o 2530 20 3540 45 50 10 15 20 30 35 40 45 50 25 /Pam /Pam 图80,,与应力的关系 图90.,0，与应力的关系 8.2疲劳损伤寿命评估 8.2.1确定材料的s.-N应力幅-寿命)设计疲劳曲线 8.2.1.1确定材料的虚拟应力幅-寿命(S.N)曲线的表示式为式(12). s
='(N'十Ee'(N" 12) 式中: s
虚拟应力幅,单位为兆帕(MPa); 10
GB/T30580一2014 疲劳强度系数,单位为兆帕(MPa); o N 疲劳循环次数; 疲劳强度指数; E 材料的弹性模量,单位为兆帕(MPa); e 疲劳延性系数 疲劳延性指数 8.2.1.2如果没有材料的低周疲劳试验结果,则可采用式(13)确定s V s.
=3.5R.(N十EeP(N？" 13 式中: 00 材料断裂真应变，e(=ln 00 材料的断面收缩率,%; 小 R 材料的抗拉强度,单位为兆帕(MPa). 8.2.1.3对虚拟应力-寿命曲线进行平均应力修正的表示式为式(14): R
(" s,=s (14) 式中 S 平均应力修正后的虚拟应力,单位为兆帕(MPa); -材料的屈服强度,单位为兆帕(MPa)
R 8.2.1.4图10给出了锅筒的低周疲劳设计曲线 10 10 10 2.06文0M 10 10 10 0 10 循环次数N 图10锅筒的疲劳设计曲线(<375c 11
GB/T30580一2014 8.2.1.5图11给出了温度不超过375C的碳钢、低合金钢的设计疲劳曲线 10' MP 10° 79 10 10 10 10 S 10 循环次数N 图11温度不超过375c的碳钢低合金钢的设计疲劳曲线 8.2.1.6图12给出了温度不超过425丫和应力幅s,>194MPa的奥氏体不锈钢的设计疲劳曲线 10 10 10 10 0 10 10 10 10 循环次数N 图12温度不超过425C和应力幅s,>194MPa的奥氏体不锈钢的设计疲劳曲线 8.2.2确定材料的e;-Nn应变范围-寿命)设计疲劳寿命曲线 8.2.2.1按GB/T15248进行材料的低循环疲劳试验
8.2.2.2用式(15)回归材料的低周疲劳曲线 十e'(N" 15) B(N" =e
十e，= 式中: 总应变幅; E 12
GB/T30580一2014 应变范围 Ae 弹性应变幅; er 塑性应变幅; er -疲劳强度系数,单位为兆帕(MPa); E -材料的弹性模量,单位为兆帕(MPa) 疲劳强度指数; 疲劳延性系数; 疲劳延性指数; 裂纹前生疲劳幅环次数 N 8.2.2.3电站锅炉常用耐热钢的疲劳试验曲线的参数参见附录C
8.2.2.4在缺少e,-N，曲线试验的情况下,可采用式(16)确定材料的e,-N疲劳曲线
-言-s,管N ,I十e?(N0" l6) 式中: R
-材料的抗拉强度,单位为兆帕(MPa) 100 材料断裂真应变,e/=In E 00 -材料的断面收缩率,%; 必 材料的弹性模量,单位为兆帕(MPa); E N -裂纹萌生疲劳循环次数
8.2.2.5图13为12Cr2MoG(P22)钢管的设计疲劳曲线 10 10 金属温度不超过 425 10 10 10" 10 10 10 10 10° 许用循环次数，M 图1312Cr2MoGP22)钢管的设计疲劳曲线 8.2.2.6图14为10Cr9MolVNbN(P91、T91)钢的设计疲劳曲线
13
GB/T30580一2014 10" TTTT TTT 10 103 540c iml 面m iu I面m 面lm 面iu Tm 103 10 2 510 5 10' 5 10 10" 10 10 10” 许用循环次数，N 图1410Cr9Mo1VNbN(Pg1)钢的设计疲劳曲线 8.2.2.7图15为1Cr19Ni9(TP304)钢的设计疲劳曲线
10 40c 25c 480C 10 540 T 595C 103 650 705C 10 10l 0 10 10' 10'" 10 许用循环次数，N 图151Cr19Ni9(TP304)钢的设计疲劳曲线 8.2.2.8图16为0Cr17Ni12Mo2(TP316)钢的设计疲劳曲线
14
GB/T30580一2014 10 40c 425 C 480C 10" 595c 705c 10 10 S 1o' 10 10 10 10 许用循环次数，M 图160Cr17Ni12M02(TP316)钢的设计疲劳曲线 8.2.3危险部位的应力应变分析 按GB/T9222对部件危险部位的应力进行分析和计算,按ASMEBPVC-I/NH附录T对危险部 位的应变进行计算和分析
8.2.4疲劳寿命估算 按计算的应力或应变确定引起疲劳破坏的应力幅S，或应变范围Ae(Ae=2e,),然后由设计疲劳寿 命曲线确定疲劳寿命
8.2.5安全系数 对于式(12)的应力幅或式(15)、式(16)的应变幅取安全系数为2,计算得出低周疲劳寿命Nn;对手 式(12),式(13),式(15)或式(16)的寿命取安全系数20,计算得出低周疲劳寿命Ne,锅炉承压部件的低 周疲劳寿命N的计算公式为式(17): N=min(Nn,Ne (17) 将N连成光滑曲线,则为设计的疲劳寿命曲线
8.2.6疲劳寿命评估 对只承受疲劳的锅简、汽水分离器、低温集箱、再热燕汽管道(冷段)、给水管道等承压部件,采用线 性累积疲劳损伤法则评估其损伤度D
见式(18) 18 D-"<" 式中 第种工况下实际循环周次 1 第i种工况下部件的疲劳寿命,按8.2确定
Nn 15
GB/T30580一2014 8.3疲劳-蠕变交互作用下的寿命评估 8.3.1对于承受疲劳-蠕变交互作用下的高温承压部件,如高温蒸汽管道、高温过热器集箱等部件,采用 线性累积损伤法则评估其损伤,蠕变和疲劳损伤应满足式(19)式(21): 义是斗A<" 19) 式中: 承压部件在第，种应力与温度下的运行时间 承压部件在第，种应力与温度下的蠕变断裂时间,按8.1确定 t， 第i种工况下实际循环周次; n -第，种工况下部件的疲劳寿命,按82确定 Nn D 总蠕变-疲劳损伤界限值 8.3.2总蠕变-疲劳损伤界限值D与疲劳、蠕变损伤份额有关，12Cr2MoG(P22)、10Cr9MolVNbN P91,T91),1Crl9Ni9(TP304)和0Cl7Ni12Mo2(TP316)等四种锅炉钢的疲劳-蠕变交互作用曲线见 图17
1.0 0.8 TP304和TP316不锈钢 0.6 12Cr2MoGP22 0.4 10Cr9Mo1VNbNP91 0.2 0.6 、 图17四种锅炉钢的疲劳-蠕变交互作用曲线 8.4磨损损伤寿命评估 8.4.1壁厚实测法 8.4.1.1根据不同时间间隔测得的金属壁厚,推算出评估部件中不同位置的管壁减薄率C: w-w (20 H 式中: -管壁减薄率,单位为毫米每小时(mm/h) 16
GB/T30580一2014 W 前一时期测得的金属壁厚,单位为毫米( mm; w -当前测得的金属壁厚,单位为毫米(mm); H -两次测量的时间间隔,单位为小时(h) 8.4.1.2选取评估部件中最大的管壁减薄率Cm.,按照强度校核理论计算出部件的剩余寿命ln w.(2[]一P)一P(d一2w (21 t， C.2[叮 式中: 部件剩余寿命,单位为小时(h); " d 部件原始外径,单位为毫米(mm); 部件原始壁厚,单位为毫米(mm); w [a]， 材料的基本许用应力(按GB/T9222确定),单位为兆帕(MPa); 部件内部压力,单位为兆帕(MPa)
8.4.2壁厚估算法 8.4.2.1由于条件限制无法测量金属壁厚时,可按式(22)估算管壁减薄量s S=A×a 式中: -由于磨损造成的管壁减薄量,单位为毫米(mm); S 系数,与温度、材料等有关，在无法确定时,可取5.0X10- A 管子已运行时间,单位为小时(h); tp 系数,与材料有关,范围1/3一1,在无法确定时,可取0.5.
8.4.2.2参照8.4.1中式(21),按照强度校核理论计算出部件的剩余寿命t
8.5烟气侧腐蚀损伤寿命评估 对于以烟气侧腐蚀损伤为主的电站锅炉承压部件,可以参照8.4采用计算管壁减薄率的方法来确 定部件的剩余寿命
8.6蠕变,烟气侧腐蚀和磨损共同作用下的承压部件寿命评估 8.6.1对于承受蠕变、烟气侧腐蚀和磨损共同作用下的高温承压部件,如过热器和再热器管子,可按 式(23)进行寿命计算: -!一口十in -1)4,]一 23) tn 式中: W一W k= W又L w 管壁初始厚度,单位为毫米(mm); w 管壁最终厚度,单位为毫米(mm); 管子已运行时间,单位为小时(h); 应力指数,=4一8,一般取4: 管壁不减薄下的蠕变断裂时间(参照8.1确定),单位为小时(h); 管壁减薄速率人下的工作寿命,单位为小时(h)
8.6.2高温过热器和再热器管子的剩余寿命去,可按式(24)计算 一ton t=t 17
GB/T30580一2014 寿命评估报告 寿命评估报告的主要内容应包括: 电站锅炉以及主要承压部件概况:包括机组和各承压部件参数,运行情况、事故情况、检修和检 验情况等; b现状检查情况;结合基本资料,对各承压部件进行各项检测,并根据检测,试验结果提出承压部 件寿命评估意见; 寿命评估采用的方法及结果分析包括材料性能数据、应力、金属壁温等参数的获得方式,寿命 评估采用的具体的方法以及结果的综合分析 寿命评估结论意见 D 对电站锅炉继续使用的建议与监督措施;包括运行方式,参数眼制,重点监督的部件及部位,再 次进行寿命评定的预计时间等
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GB/T30580一2014 附 录A 资料性附录 电站锅炉承压部件的主要损伤模式 表A.1电站锅炉承压部件的主要损伤模式 主要损伤模式 部件名称 蠕变 疲劳 蠕变与疲劳 腐蚀 磨损 水冷壁 炉内承压部件 省媒器 过热器,再热器 筒、汽水分离器 炉外承压部件 过热器集箱、再热器集箱 水冷壁集箱、省煤器集箱 主燕汽管道、再热燕汽 管道、导汽管 汽水管道 主给水管道,下降管 19
GB/T30580一2014 附 录 B 资料性附录 电站锅炉常用耐热钢在不同状态下的k、m值 表B.1电站锅炉常用耐热钢在不同状态下的k,"值 工作参数 运行 试验试样 最长试验 材料 系数 指数 材料 时间 温度 数量 点时间 温度压力 制造国(厂 MPa 2Mx主蒸汽母管直管段 169461 5837.5 253.5 -0.07495 255756 265,1 -0,07139 主蒸汽母管弯管段 6000 主蒸汽母管直管纵向 前苏联 510 9.8 255756 510 15066 275,5 -0.09506 主蒸汽母管弯管纵向 261032 8379 278.0 一0.06620 主蒸汽母管弯管横向 261032 10663 282.4 -0.068o1 12MX原始段 4l43.8 496." -0.06107 主燕汽管监督段纵向 107675 1o 15446.8 294.2 -0.07200 主蒸汽管监督段横向 107675 5681.6 -0,06514 282.2 前苏联 510 9.8 510 107675 4888 279.3 -0.07898 主燕汽管监督段焊缝 3 主蒸汽母管弯头 90329 119.8 301.2 -0,04702 主蒸汽母管直管段 13700 10 3268.7 273.2" 一0.07922 12MXx主蒸汽管弯 510 5960.6 292.9 -0.10458 管外弧纵向 主燕汽管弯管外弧横向 前苏联 510 9.9207512.9 510 14956.5 238.8 一0.08074 主蒸汽变管外狐横向 540 5012.5 266.3 -0.12320 7 510 10o 831.7 305.6 主蒸汽管段直段横向 一0.09930 540 9. 125000 540 11389 302.9 0.07653 15123.9主蒸汽管直管段 主燕汽管焊缝 8173 269.9 -0.08251 主蒸汽管弯管 540 9.4 165000 540 9416.5 257.5 -0.07785 15123.9主蒸汽管 捷克 11 >16056 251, -0,05972 监督段纵向 主蒸汽监督段横向 540 137604 540 0.03802 9,8 7471.l 316.6 1o 862.4 270.1 -0.092 主蒸汽管焊缝 3 02 10 9 156.2 255, -0,07019 主燕汽弯管纵向 l0CrMo910主蒸汽监督段 3993 252.9 一0.09007 前西德 540 540 9.8 35132 主蒸汽管焊缝 4788.5 253.5 -0.09194 >l0000 -0.10832 540 246.7" loCrMo910主蒸汽监督段 前西德 540 101557.4 9.8 560 >10000 205.9 -0.10293 心
GB/T30580一2014 表B.1(续 工作参数 运行 试验 试样 最长试验 材料 系数 指数 材料 时间 温度数量 点时间 温度压力 制造国(厂 n1 O MPa l0CrMo910主蒸汽直管段 10 16529 227. -0.01035 前西德 540 l06000 540 9,8 主燕汽弯管段 14188. -0.10284 10 237.4 10CrMo910主蒸汽母管 8277 226.1 -0.09140 540 9.8 106592 540 前西德 主蒸汽管媒缝 6488.5 176.0 -0.05531 54849 12 >7071 292.6 一0,09524 12CrlMoV主蒸汽管道 前苏联 540 9.8 540 监督段 106000 20 7071 234.0 0.06421 90000 4517 238.5 -0.06918 2CrHlM6V主蒸汽管监督段 主蒸汽管弯头 11066o 2614.3 234.1 -0.06747 前苏联 510 9.8 540 炉侧主蒸汽管道 140690 12343.6 225.6 -0.05835 机侧主蒸汽管道 170548 18024.2 248.5 -0.06142 101794 4634.2 227. -0,06216 12CrlMoV主燕汽管 前苏联 540 9.8 540 监督段 154539 6048.3 234. -0,06752 CHlMbV主燕汽管监督段 146,5 -0,03954 10395 前苏联 540 9.8 153291 540 >13428 250.9 -0.1100 主蒸汽管焊缝 510 6164 478，7 -0.10320 日本川崎 12CrlIMoV原始段 540 6007.4 389.8 一0.10521 钢铁公司 8422 -0.09340 570 277.2" 10 418,9 -0,127035 12CrlMoV钢管原始段心部 9723,4 原始段外壁 10138.6 395,l 一0.09516 原始段内壁 11090.8 -0.09977 401,8 前西德 540 12618.2 472.5 -0.131173 2CrIMoV钢管原始段心部 14882.6 395.4 -0.106586 原始段外壁 原始段内壁 10321.8 458.7 -0.12485o0 580 7027.8 276.2" -0.110678 l2CHlM6V钢管原始段心部前西德 610 4266.1 227.8 -0.12070 580 4978.7 337.7" -0.137440 i2CIMoV钢管原始段心部 前西德 610 3422.2 -0.145647 259.8 540 106728 570 2256 141.9 -0.06615 2CrHIMoV"高温过热器管前两德 9.02 日本川崎 T91-T9媒接原始管" 630 >16000 256.0 -0.109723 钢铁公司 日本川崎 <11000 281.o -0.09884 r91-G102对接焊原始管" 6l0 钢铁公司 21
GB/T30580一2014 表B.1(续 工作参数 运行 试验 试样 最长试验 材料 系数 指数 材料 时间 温度数量 点时间 温度压力 制造国(厂 n1 O MPa 550 258.5 -0.0522 P1原始管 -0.0844 575 270,1 P91母材 56513.7 30000 565 4376 323.5 -0.0699 550 251.0 -0.0564 媒接接头原始管焊后 P91 760保温2h炉冷 575 231.3 一0,0726 P91煤接接头原始管炽后 565 13.7 30000 565 8024 294.9 -0.0754 780 保温1.5h自冷 P91焊接接头原始管焊后 565 109 315.0o -0,0672 760 C保温6h炉冷 13 540 6133 363.3 -0.0659 X20CrMoWV121 555 3145 319.8 -0.0657 570 18 7858 288.7 一0,0706 34639 一0.0795 P92原始管 日本新日 600 297.9 p315×40mm 铁公司 650 45656 -0.1753 400.4 1o 600 49159 309.,8 -0.,0833 P92原始管 日本新日 p318.,5×50mm" 铁公司 650 10 55123 187.8 一0,0928 -0.1001 法国v&M 600 57042 348.9 p92原始管 中323×60mm 公司 408,2 0,177l 650 57715 为爆管试验结果
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GB/T30580一2014 附 录c 资料性附录 电站锅炉常用耐热钢的低周疲劳参数 表c.1电站锅炉常用耐热钢的低周疲劳参数 试验 R 热处理 Rm 材料 温度 a'/E 试验条件 R.2 MPa MPa 工艺 MPa 920正火 Z向 19Mn5 20 337 520 0.,00438880 -0.0920 0.3960 -0.5520 620回火 1,A,N 920"正火 =(0,05 BHHW35 20 647 0,005121019 -0.0782 0.3288 -0.5650 0.887)Hz C回火 630 D向 BHw35 920正火 1,A,N 20 653 0.,006321170 -0.1050 0.ll11 -0.4600 焊缝》 )C同火 630 =(0,083一 0.6667)Hz" Z向 1,A,N 15CrMo 20 455 0.,00487962 -0.l100 0.3990 -0.5300 f=(0.125 1.39)Hz Z向 1,A,N SA299 锻件正火 25 315 540 0.0018 -0.0682 0.1903 0,5184 f=(0.3 0.5)Hz2 Z向 1,A,N 12CrlMoV正火十回火 20 375 509 0.00345 -0.0678 0.61l4 -0,6389 f=(0.l~ 0.625)Hz 20 热轧 20 430 98o -0.1200 0.360o 0.5400 Z 向 20 294 520 运行10.8万 10C 1,A,N h的主燕汽 (0.28 Mo910 管道材料 540 201 3340.00270452 -0.0878 0.1398 -0.4708 2.45)Hz 焊缝区 0.00597 -0.0725 0.8380 -0.6150 385 588 D向 16MnR 20 -1,A,N (母板母板o.00680 -0.1010 1.9060 熔合区 -0.7580 670一 55o 0.0059 -0.0972 1.325 -0.774o 20 Z向 685 P91 正火十回火 1,,N 365 0.00372 -0.0796 -0,787 母材 550 410 l.252 e=4×10-/ 575 350 3750.00229 -0.0625 .098 -0.788 23
GB/T30580一2014 表C.1(续》 试验 R 热处理 Rm 材料 温度 a'/E 试验条件 Rp.a 工艺 MPa MPa MPa 660~ -0.097 20 453 0.0054 3.4264 -0,8675 Z向， 700 P91 焊后760C -1,A,N 焊接接头保温2h炉冷550 330 375 -0,053 1.221 -0.764 E=4×10-/、 575 31o 335 -0.0628 1.753 -0.806 注;Z向 轴向应变控制;D向 径向应变控制;A三角波加载;" 应变比(" =enmim/enma; -频率;N -破断循环周次;N -稳定拉伸载荷下降20%时的循环周次
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电站锅炉主要承压部件寿命评估技术导则GB/T30580-2014
作为电站重要的工业设备之一，锅炉的安全运行对于电力行业的稳定发展至关重要。然而，在长期的使用过程中，锅炉主要承压部件难免会出现损伤和老化，这就需要对其寿命进行评估，及时发现并解决潜在问题。
针对这一问题，国家标准化管理委员会发布了GB/T30580-2014标准，其中包括了电站锅炉主要承压部件寿命评估的相关内容。该标准通过对锅炉主要承压部件的分类和评估方法进行系统规范，并结合实际生产环境，提出了具体的评估导则。
在具体应用时，可以根据锅炉的使用情况和历史数据，通过以下步骤来进行寿命评估：
- 确定需要评估的承压部件类型和数量；
- 收集相关的历史数据，包括设计文件、制造记录、检测报告等；
- 根据评估方法，确定承压部件的使用状态和寿命预测；
- 分析评估结果，制定相应的维护计划和措施。
需要注意的是，在实际操作过程中，还应该结合设备的使用环境、工作负荷等因素进行综合判断。同时，为了确保评估结果的准确性和可靠性，还应该配合使用相关的检测设备和技术手段。
总之，GB/T30580-2014标准中的电站锅炉主要承压部件寿命评估技术导则，为电力行业提供了重要的指导和参考。只有在实践中不断摸索和探索，才能更好地应用这些理论知识，提高设备的安全运行水平。
