锅炉内部承压部件的蠕变分析及寿命计算

在锅炉过热器与再热器中, 爆管事故最为常见, 这是干扰发电机组整体运行情况的主要因素。产生这一问题的原因主要有:短时过热和长期蠕变等。针对短时过热, 一般是采取预防与运行调整来解决。因此, 无论是高温过热器, 还是高温再热器, 其剩余寿命计算通常是面向长期蠕变而言的。

1 承压部件寿命计算

现阶段, 蠕变分析和寿命计算主要应用时间、温度参数法, 其计算参数相对偏低, 便于计算, 计算结果较为可靠, 可有效、快速求解蠕变断裂寿命大小。此方法的主要设计理念是为增加计算精准性、控制计算时间、改善计算温度, 因此, 把时间和温度计算参数看作取长补短式计算手段, 同时, 用函数的形式进行表现。在具体应用过程中, 以LM参数和KD参数为主。而本文主要以高温过热器进行说明, 利用LM参数充当蠕变分析损耗手段, 基本表达式为:

在上述公式中, T代表钢材使用过程的温度, C代表钢材常数, F代表使用环节钢材的实际蠕变时间。依照金属材料管理规范能够发现, 当面向相似材料着手测试时, 在不同温度条件下, 求解对应的断裂时间, 再对数据进行整理, 使其变成相应公式, 基本表达式为:

将上述两个公式进行整理, 能组合成下述公式:

把锅炉内部承压部件自身的参数值套入上述公式, 便可得到5个参数, 深入计算便能够得到上述公式对应的计算形式。

另外, 在计算过程还应思量别的因素, 如果片面考量温度变化计算, 则因存在一些不可控因素, 在具体的计算活动中可能会出现数值不科学的问题。如果仅仅考量温度, 则公式形式如下:

此公式所计算数值仅仅和金属有关, 具体计算过程只要明确过热器壁温便可, 上述计算十分方便, 其断裂时间以f来表示。外加内定压力于过热器工作为上限压力, 因此, 利用此种压力对形式进行计算式, 对应计算结果偏大, 可提升计算安全性。

2 壁温检测

通过上述探讨的公式和计算方法不难发现, 在高温运作阶段, 对相应使用寿命进行估算时, 管壁温度至关重要。然而, 若在高温环境下实施作业将是非常危险的。因此, 过热器温度偏高则不利于壁温测量, 此种测量一般包含下述几种方式:

(1) 氧化层厚法

氧化层厚法属于间接测量方法, 主要通过内壁氧化层厚度求解金属当量运行实际温度, 在此基础之上, 把当量运行温度套入特定公式, 便可获得蠕断时间, 最终得到蠕变寿命损耗结果。

在寿命评估中, 特定时间下对应的金属壁温并不存在过大的意义, 这是因为特定时间下对应的金属壁温并不是固定的, 而是随着时间逐步变化。但对于某段管子, 对应寿命损耗程度却能够等价为固定金属温度和特定的应力情形中服役同样时间, 该等效金属温度即金属当量温度。

内壁氧化层实际厚度增长和对应服役期下金属当量温度存在某种关系。在美国和加拿大全面应用的Laborelec公式中, 能够借助超声波来检测内壁氧化层实际厚度。经由示波器检测超声波于管壁金属内对应的传播时间与氧化皮下对应的传播时间。基于此, 依照试验得到氧化皮基本构成和弹性模量来明确氧化层内部的超声波声速。众所周知, 超声波于钢构件内的传播速度确定不变, 从而便可能利用管壁金属具体传播时间得到内壁氧化层的实际厚度大小。

此种方法具有众多优点, 定量可靠, 高效无损, 实践应用还表明, 经由上述方法获得的结果非常可靠。这一方法应在停炉时着手氧化层厚度全面测量工作, 而这制约了其在在线监测方面的应用。

(2) 直接测量法

直接测量一般是将测量的热电偶摆放于壁管外围, 再通过导线引出, 进而便可直接检测壁温。然而, 因测量过程应思量高温测量条件下仪器损坏和脱落现象, 有时还会出现仪器失效问题。另外, 因壁管传热较为复杂, 当开展表面测温工作时, 可能会出现混乱的局面, 导热过程有所改变, 使得壁管测量存在一定的误差。此种方法具有优良的时效性和一定的连续性, 能够保障测量装置的整体稳定性, 并可把测量误差控制在正常范围。无论在计算层面, 还是在具体工作活动中, 此测量方法均较为实用, 并得到了广泛应用。

3 结语

经过长期探索, 锅炉内部承压部件采用的寿命损耗方法有所改善与提高, 但是和理想状态及预期计算精准度仍然存在一定的差距。尤其在寿命损耗探究中, 数据大部分来源于测量元件, 仅仅有一小部分源自状态分析数据, 这使得寿命计算缺少真实性。由此可知, 在未来, 我们应将工作重心放在寿命计算和寿命探究方法全面整合的问题上, 借助寿命探究方法的可靠性来优化寿命计算模型。

摘要：随着社会经济的提高, 使得锅炉得到了广泛的应用。然而, 因锅炉内部承压部件自身的蠕变分析与寿命计算着手的较晚, 截止到当前, 尚未研制出一套科学有效的分析方法, 但技术的提升, 使得蠕变分析和寿命计算更加精准, 这在一定程度上推动了锅炉事业的前进。本文主要基于锅炉内部承压软件, 围绕高温过热器, 从蠕变分析和寿命计算方面展开探讨。

关键词：锅炉,承压部件,蠕变分析,寿命计算

参考文献

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