Page 57 - 理化检验-物理分册2022年第八期
P. 57
李晓威, 等: 蒸汽管道 5 级球化原因及其寿命评估
口, 温度为 20 ℃ , 结果如表 4 所示。 强度, 因此只需将割管的高温拉伸试验数据与管道
#
表 4 1 , 2 管道的常温冲击试验结果 J 应力计算得到的操作载荷管道轴向应力进行对比
#
管道 冲击吸收能量 1 冲击吸收能量 2 冲击吸收能量 3 即可。
#
# 1 管道高温拉伸试验的屈服强度均高于管道
1 116 118 119
#
# 应力分析所得的操作载荷管道轴向应力, 所以 1 管
2 335 321 320
道不会发生短期失效。同理可得, 2 管道也不会发
#
由表 4 可知: 2 管道的冲击吸收能量要远大于
#
生短期失效。
1 管道, 说明2 管道的冲击韧性要好于1 管道, 这
#
#
#
2.3 基于长期失效模式的管道寿命评价
也说明随着球化级别的上升, 其抗拉强度和屈服强
对于珠光体球化损伤引起的材料高温持久强度
度下降, 韧塑性上升。
下降导致的长期塑性断裂失效, 其存在剩余寿命的
2 管道寿命评价 问题。
P11 钢为 1.25Cr~0.5Mo 低合金铬钼钢, 目前
球化损伤机理导致的主要失效模式包括以下两
并没有其含珠光体条件下的高温持久强度数据, 在
个方面: ① 球化损伤引起的材料瞬时高温强度下降
DL / T787 — 2001 《 火电厂用 15CrMo 钢珠光 体 球
导致的短期塑性断裂失效; ② 球化损伤引起的材料
化评级 标 准》 中 可 以 找 到 国 产 材 料 15CrMo 钢 在
持久强度下降导致的长期塑性断裂失效。 [ 1 ]
550 ℃ 时的各级损伤条件下的测试数据 , 与国产
针对材料瞬时高温强度下降导致的短期塑性
材料15CrMo钢相比, 进口材料 P11 钢的 Cr元素含
断裂失效, 采 用 有 限 元 分 析 方 法 确 定 管 道 系 统 在
量较高, 相同损伤条件下 P11 钢应具有更高的高温
操作载荷作用下 的 规 范 应 力 ( 轴 力)、 含 损 伤 材 料
持久数据, 所以可以 保 守 地 选 用 DL / T787 — 2001
的性能, 以 及 基 于 合 于 使 用 原 则 确 认 操 作 载 荷 作
标准中 15CrMo钢的数据进行计算。
用下各管道上的规范应力是否超过含损伤材料的
首先, 杨瑞成 [ 1-3 ] 等研究了 15CrMo钢在不同应
许用应力。
力水平下确定出的 Larson-Miller公式中参数 P 的
针对材料持久强度下降导致的长期塑性断裂失
回归公式, 即
效, 采用有限元分析方法确定管道系统在持续载荷
P = 28384.06-4136.19l g σ ( 1 )
作用下的规范应力( 轴力), 并通过相应计算公式确
式中: P 为温度 - 时间综合参数; σ 为应力。
定出含损伤结构的剩余寿命。
将 DL / T787 — 2001附录 E 中15CrMo钢在550
2.1 管道应力计算结果
℃时各级损伤条件下的高温持久强度作为应力, 代入
对管道建模并进行有限元分析, 根据其结构特
回归公式中, 确定不同损伤级别下的参数 P 。
点, 管道壁厚按设计壁厚进行建模。载荷工况分别
Larson-Miller公式中参数 P 与温度T 、 持久寿
考虑操作载荷作用条件和持续载荷作用条件, 参数
和参数 C 的关系式为
选取时考虑保温层、 管道、 介质质量的影响, 同时根 命 T r
) ( 2 )
据管道现场实际工作情况以及设计图中的 标注内 P =T ( C +l g T r
取 10 h 。
5
容, 确定整个管道上各处的支吊架型式, 管道应力计 式中: T 为 823K ; T r
从而分别确定不同损伤级别下的参数 C 。
算结果如表 5 所示。
最后, 根据管道预期使用的温度、 持续载荷作用
表 5 管道应力计算结果 MPa
下有限元分析得到的规范应力和管道珠光体损伤等
管道 操作载荷作用管道轴向应力 持续载荷作用管道轴向应力
级, 先根据回归公式( 1 ) 计算出持续载荷作用下有限
#
1 62.40 40.70
元分析得到的规范应力作用下的参数 P , 再根据公
#
2 57.32 34.40
。
式( 2 ) 进行反算求出 T r
2.2 基于短期失效模式的管道寿命评价 依据上述计算结果, 并考虑不确定因素的影响,
对于球化损伤引起的材料高温强度下降导致的 对剩余寿命取 2 倍的安全系数, 确定出最后各管道
短期塑性断裂失效, 其主要发生的是瞬时失效。由 的可运行时间, 最大可运行时间取为 10a和上述计
于操作载荷的高温瞬时作用, 基于合于使用的原则, 算结果间的最小值。 1 , 2 管 道 寿 命 评 价 结 果 如
#
#
要求该时刻的应力水平小于含损伤材料的高温抗拉 表 6 所示。
4 1
