鍋爐內(nèi)部承壓部件的蠕變分析及壽命計(jì)算

曾潔（涼山州特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，四川 涼山 615000）

鍋爐內(nèi)部承壓部件的蠕變分析及壽命計(jì)算

曾潔（涼山州特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，四川 涼山 615000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的提高，使得鍋爐得到了廣泛的應(yīng)用。然而，因鍋爐內(nèi)部承壓部件自身的蠕變分析與壽命計(jì)算著手的較晚，截止到當(dāng)前，尚未研制出一套科學(xué)有效的分析方法，但技術(shù)的提升，使得蠕變分析和壽命計(jì)算更加精準(zhǔn)，這在一定程度上推動(dòng)了鍋爐事業(yè)的前進(jìn)。本文主要基于鍋爐內(nèi)部承壓軟件，圍繞高溫過(guò)熱器，從蠕變分析和壽命計(jì)算方面展開探討。

鍋爐；承壓部件；蠕變分析；壽命計(jì)算

在鍋爐過(guò)熱器與再熱器中，爆管事故最為常見，這是干擾發(fā)電機(jī)組整體運(yùn)行情況的主要因素。產(chǎn)生這一問(wèn)題的原因主要有：短時(shí)過(guò)熱和長(zhǎng)期蠕變等。針對(duì)短時(shí)過(guò)熱，一般是采取預(yù)防與運(yùn)行調(diào)整來(lái)解決。因此，無(wú)論是高溫過(guò)熱器，還是高溫再熱器，其剩余壽命計(jì)算通常是面向長(zhǎng)期蠕變而言的。

1 承壓部件壽命計(jì)算

現(xiàn)階段，蠕變分析和壽命計(jì)算主要應(yīng)用時(shí)間、溫度參數(shù)法，其計(jì)算參數(shù)相對(duì)偏低，便于計(jì)算，計(jì)算結(jié)果較為可靠，可有效、快速求解蠕變斷裂壽命大小。此方法的主要設(shè)計(jì)理念是為增加計(jì)算精準(zhǔn)性、控制計(jì)算時(shí)間、改善計(jì)算溫度，因此，把時(shí)間和溫度計(jì)算參數(shù)看作取長(zhǎng)補(bǔ)短式計(jì)算手段，同時(shí)，用函數(shù)的形式進(jìn)行表現(xiàn)。在具體應(yīng)用過(guò)程中，以LM參數(shù)和KD參數(shù)為主。而本文主要以高溫過(guò)熱器進(jìn)行說(shuō)明，利用LM參數(shù)充當(dāng)蠕變分析損耗手段，基本表達(dá)式為：

在上述公式中，T代表鋼材使用過(guò)程的溫度，C代表鋼材常數(shù)，F(xiàn)代表使用環(huán)節(jié)鋼材的實(shí)際蠕變時(shí)間。依照金屬材料管理規(guī)范能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)面向相似材料著手測(cè)試時(shí)，在不同溫度條件下，求解對(duì)應(yīng)的斷裂時(shí)間，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，使其變成相應(yīng)公式，基本表達(dá)式為：

將上述兩個(gè)公式進(jìn)行整理，能組合成下述公式：

把鍋爐內(nèi)部承壓部件自身的參數(shù)值套入上述公式，便可得到5個(gè)參數(shù)，深入計(jì)算便能夠得到上述公式對(duì)應(yīng)的計(jì)算形式。

另外，在計(jì)算過(guò)程還應(yīng)思量別的因素，如果片面考量溫度變化計(jì)算，則因存在一些不可控因素，在具體的計(jì)算活動(dòng)中可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)值不科學(xué)的問(wèn)題。如果僅僅考量溫度，則公式形式如下：

此公式所計(jì)算數(shù)值僅僅和金屬有關(guān)，具體計(jì)算過(guò)程只要明確過(guò)熱器壁溫便可，上述計(jì)算十分方便，其斷裂時(shí)間以f來(lái)表示。外加內(nèi)定壓力于過(guò)熱器工作為上限壓力，因此，利用此種壓力對(duì)形式進(jìn)行計(jì)算式，對(duì)應(yīng)計(jì)算結(jié)果偏大，可提升計(jì)算安全性。

2 壁溫檢測(cè)

通過(guò)上述探討的公式和計(jì)算方法不難發(fā)現(xiàn)，在高溫運(yùn)作階段，對(duì)相應(yīng)使用壽命進(jìn)行估算時(shí)，管壁溫度至關(guān)重要。然而，若在高溫環(huán)境下實(shí)施作業(yè)將是非常危險(xiǎn)的。因此，過(guò)熱器溫度偏高則不利于壁溫測(cè)量，此種測(cè)量一般包含下述幾種方式：

（1）氧化層厚法

氧化層厚法屬于間接測(cè)量方法，主要通過(guò)內(nèi)壁氧化層厚度求解金屬當(dāng)量運(yùn)行實(shí)際溫度，在此基礎(chǔ)之上，把當(dāng)量運(yùn)行溫度套入特定公式，便可獲得蠕斷時(shí)間，最終得到蠕變壽命損耗結(jié)果。

在壽命評(píng)估中，特定時(shí)間下對(duì)應(yīng)的金屬壁溫并不存在過(guò)大的意義，這是因?yàn)樘囟〞r(shí)間下對(duì)應(yīng)的金屬壁溫并不是固定的，而是隨著時(shí)間逐步變化。但對(duì)于某段管子，對(duì)應(yīng)壽命損耗程度卻能夠等價(jià)為固定金屬溫度和特定的應(yīng)力情形中服役同樣時(shí)間，該等效金屬溫度即金屬當(dāng)量溫度。

內(nèi)壁氧化層實(shí)際厚度增長(zhǎng)和對(duì)應(yīng)服役期下金屬當(dāng)量溫度存在某種關(guān)系。在美國(guó)和加拿大全面應(yīng)用的Laborelec公式中，能夠借助超聲波來(lái)檢測(cè)內(nèi)壁氧化層實(shí)際厚度。經(jīng)由示波器檢測(cè)超聲波于管壁金屬內(nèi)對(duì)應(yīng)的傳播時(shí)間與氧化皮下對(duì)應(yīng)的傳播時(shí)間?；诖?，依照試驗(yàn)得到氧化皮基本構(gòu)成和彈性模量來(lái)明確氧化層內(nèi)部的超聲波聲速。眾所周知，超聲波于鋼構(gòu)件內(nèi)的傳播速度確定不變，從而便可能利用管壁金屬具體傳播時(shí)間得到內(nèi)壁氧化層的實(shí)際厚度大小。

此種方法具有眾多優(yōu)點(diǎn)，定量可靠，高效無(wú)損，實(shí)踐應(yīng)用還表明，經(jīng)由上述方法獲得的結(jié)果非?？煽?。這一方法應(yīng)在停爐時(shí)著手氧化層厚度全面測(cè)量工作，而這制約了其在在線監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用。

（2）直接測(cè)量法

直接測(cè)量一般是將測(cè)量的熱電偶擺放于壁管外圍，再通過(guò)導(dǎo)線引出，進(jìn)而便可直接檢測(cè)壁溫。然而，因測(cè)量過(guò)程應(yīng)思量高溫測(cè)量條件下儀器損壞和脫落現(xiàn)象，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)儀器失效問(wèn)題。另外，因壁管傳熱較為復(fù)雜，當(dāng)開展表面測(cè)溫工作時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)混亂的局面，導(dǎo)熱過(guò)程有所改變，使得壁管測(cè)量存在一定的誤差。此種方法具有優(yōu)良的時(shí)效性和一定的連續(xù)性，能夠保障測(cè)量裝置的整體穩(wěn)定性，并可把測(cè)量誤差控制在正常范圍。無(wú)論在計(jì)算層面，還是在具體工作活動(dòng)中，此測(cè)量方法均較為實(shí)用，并得到了廣泛應(yīng)用。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期探索，鍋爐內(nèi)部承壓部件采用的壽命損耗方法有所改善與提高，但是和理想狀態(tài)及預(yù)期計(jì)算精準(zhǔn)度仍然存在一定的差距。尤其在壽命損耗探究中，數(shù)據(jù)大部分來(lái)源于測(cè)量元件，僅僅有一小部分源自狀態(tài)分析數(shù)據(jù)，這使得壽命計(jì)算缺少真實(shí)性。由此可知，在未來(lái)，我們應(yīng)將工作重心放在壽命計(jì)算和壽命探究方法全面整合的問(wèn)題上，借助壽命探究方法的可靠性來(lái)優(yōu)化壽命計(jì)算模型。

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