DL电力标准-DLT 940-2005 火力发电厂蒸汽管道寿命评估技术导则.pdf
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1、I CS 27. 1 00 F23 备案号 :1 5 3 3 9 -2 0 05 中 华 人 民 共 和 国 电 力 行 业 标 准 DL / T 9 40一 2 00 5 火力发电厂蒸汽管道寿命评估技术导则 T h e t e c h n i c a l g u i d e f o r t h e l i f e a s s e s s m e n t o f s t e a m p i p e i n f o s s i l f u e l p o w e r p l a n t 2 0 0 5 - 0 2 - 1 4发布2 0 0 5 - 0 6 - 0 1实施 中华人民共和国国家发展和
2、改革委员会 发 布 co m DL / T 9 4 0一 2 0 0 5 目次 前言 ” , 价 。 。 ”一1 1 1 范围 价 价 价 一 一 一 价 一 一价 一 一一一一 一一一一 . . . . . 1 2 规范性引用文件 ” “ ” ” 价 月 3 管 道 寿 命评 估 和 强 度 校 核的 条件 , , , . . . . . . . . . . 1 4 管道寿命评估 价 , , 2 5 寿命评估技术方法 价 价 . . . . . . . . 4 6 寿命评估报告 , , 价 。 - 价 价 一一 一二 7 附录 A ( 资料性附录)( 9 - 1 2 ) C r - 1 Mo
3、 钢的k , m值和 L -M参数曲线 , ,二, , , , . , , 价 , . g 附录B( 资料性附 录) 评估管道蠕变寿 命的B 法 , 二 1 0 附录C( 资料性附 录) 常用蒸汽管道钢的低周疲劳性能参数 ” . . . . . . . . . . . . . . 1 2 附录 D ( 资料性附录)主蒸汽管道寿命评估举例 . . . . . . . . . , 一1 3 co m DL / T 9 4 0一 2 0 0 5 前言 本标准是根据原国家经济贸易委员会 关于确认1 9 9 9 年度电力行业标准制、 修订计划项目 的通知 ( 电力 【 2 0 0 0 2 2号文)的安排
4、而制定的。 蒸汽管道是火电机组关键部件之一,长期在高温、高压下服役会产生蠕变损伤。蒸汽管道材料的微 观组织随着运行时间的 延长而老化, 伴随着材料微观组织的 老化引 起材料强度的劣化, 对于调峰 机组伴 随着机组的频繁启停还会产生疲劳损伤。故蒸汽管道的安全运行在火电机组安全运行中具有重要的意 义。 我国目 前还有已投运4 5 年的机组在运行。 超过3 0 年的 老旧机组除少量作退役报废处理外, 大部分 仍在继续运行,蒸汽管道的老化问题和运行风险日益突出。因此,对蒸汽管道的剩余寿命进行评估,是 保证老旧机组安全运行的重要措施。 本标准依据我国电站金属材料工作者几十年来积累的 对蒸汽管道寿命评估的
5、 经验,参照 D L J T 6 5 4 -1 9 9 8 火电厂超期服役机组寿命评估技术导则 中有关条款,国 外有关蒸汽管道寿命评估方法和有关 标准,提出了我国火力发电厂蒸汽管道寿命评估的基本步骤、常用的评估方法,一方面为蒸汽管道的延 寿运行提供技术上的依据,另一方面可充分发挥蒸汽管道的运行潜力。 本标准主要针对在役机组的蒸汽管道的剩余寿命评估,但其评估方法亦可为新机组蒸汽管道的选 材、运行寿命的校核所参考。对于新建机组,应注意蒸汽管道设计、制造、监造、安装、运行、检修及 改造等技术资 料的收集保存,以 便为以后的蒸汽管道寿命评估提供完整的资料和可靠的 依据。 本标准附录A、附录B、附录C、
6、附录D是资料性附录。 本标准由中国电力企业联合会提出。 本标准由电力行业电 站金属标准化技术委员会归口 并解释。 本标准起草单位:西安热工研究院有限公司、西北电力试验研究院。 本标准主要起草人:李益民、杨百勋、贾建民、严苏星、刘树涛、史志刚。 co m DL/ T9 4 0一 2 0 0 5 火力发电厂蒸汽管道寿命评估技术导则 1 范围 本标准规定了火力发电厂蒸汽管道的寿命评估的基本原则、基本步骤、所需的信息资料,推荐了常 用的寿命评估方法。 本标准适用于火力发电 厂蒸汽温度高于4 0 0 的主蒸汽管道、 再热蒸 汽管 道及锅炉、 汽轮机导汽管 的寿命评估,蒸汽温度高于4 0 0 的联箱可参照
7、使用。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的 修改单 ( 不包括勘误的内容) 或修订版均不适用于 本标准, 然而, 鼓励根据本标准达成协议的 各方研究 是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注 日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。 G B / r 2 2 8 金属材料 室温拉伸试验方法 G B / “r 2 2 9 金属夏比缺口冲击试验方法 G B / r 2 0 3 9 金属拉伸蠕变及持久试验 方法 G B / r 9 2 2 2 -1 9 8 8 水管锅炉受压元件强度计算 G B / T 1 3 2 9 8 金属显微组
8、织检验方法 G B / T 1 5 2 4 8 金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法 D L 4 3 8 -2 0 0 0 火力发电 厂金属技术监督规程 D UT 4 4 1 -2 0 0 4 火力发电厂蒸汽管道蠕变监督规程 D Ur 5 5 1 低合金耐热钢蠕变孔洞检验技术工艺导则 D UT 6 5 2 金相复型技术工艺导则 D UF 6 5 4 -1 9 9 8 火电厂超期服役机组寿命评估技术导则 D Ur 6 7 4 火电厂用2 0 号钢珠光体球化评级标准 D UF 7 7 3 火电厂用1 2 C r 1 M o V钢球化评级标准 D U T 7 8 6 碳钢石墨化检验及评级标准 D UT
9、 7 8 7 火力发电厂用1 5 C r mo 钢珠光体球化评级标准 D Ur 8 1 8 低合金耐热钢碳化物相分析技术导则 D UF 8 2 0 管道焊缝超声波检验技术规程 D UF 8 2 1 钢制承压管道对接焊接接头射线检验技术规程 D L / T 5 0 5 4 火力发电厂 汽水管道设计技术规定 J B 4 7 3 0 压力容器无损检验 3 管道寿命评估和强度校核的条件 依据下述情况分别对蒸汽管道进行寿命评估和强度校核: a )己 运行2 0 万h( 含2 0 万h )以 上的带基本负荷的 火电 机组,应进行寿命评估。 b )对于曾提高参数 ( 相对于设计参数)运行的机组,进行寿命评估
10、的时间应适当提前。 c )对于设计的调峰机组,当超过设计循环周次后,应进行低周疲劳一蠕变寿命评估;对由基本负 荷机组改造为调峰机组或启停频繁的机组,也应进行低周疲劳一蠕变寿命评估。 co m DL/ T9 4 0一 2 0 0 5 d )工作温度大于或等于4 5 0 的碳钢 ( 2 0 G) ,铝钢 ( 0 .5 Mo )蒸汽管道,当出现下列情况之一时, 应进行寿命评估: 1 )运行时间大于或等于 1 5 万 h e 2 )珠光体球化达到5级。珠光体球化评级按D L I T 6 7 4 执行。 3 )石墨化达到3 级。石墨化评级按D L / 1 7 8 6 执行。 e ) 1 2 C r Mo
11、 , 1 5 C r Mo , 1 2 C r Mo V和 1 2 C r 1 Mo V钢制蒸汽管道,即使运行时间未达到 2 0万h ,当出 现下列情况之一时,应进行寿命评估: 1 ) 相对最大蠕变应变大于或等于0 . 7 5 % 或最大蠕变速率大于或等于0 . 3 5 X l e/ h o 蠕变测量按 DL / T 4 4 1 执行。 2 ) 监督段中 碳化物内铝含量占 钢中 铝总含量的比 值:1 2 C r M 。和 1 5 C r mo大于或等于 8 5 %, 1 2 C r 1 Mo V大于或等于 7 5 %0碳化物中钥的测量按D UI 8 1 8 执行。 3 )监督段金相组织中珠光体
12、球化达到5级。1 5 C r Mo和 1 2 C r 1 Mo V钢的珠光体球化级别分别按 DUT 7 8 7和D UC 7 7 3 执行。 f ) 除3中e ) 所述的 钢种外,其他合金钢蒸汽管 道长期运行后,当 相对蠕变应变达到 1 .0 % 或最大 蠕变速率大于1 .0 X 1 e/ h 时, 应进行寿命评估。 8 )管 道的实测壁厚小于取用壁厚时, 应进行壁厚强度校核。 h )管道存在体积型超标缺陷时,首先应进行消缺处理;若消缺难 度大或生产上暂时不具备消缺条 件, 应用断 裂力学方法对缺陷 进行安全性评定。 焊缝超标缺陷 评定 方法按D U T 6 5 4 -1 9 9 8 中5 .
13、4 0 4 管道寿命评估 4 . 1 评估资料 4 . 1 . 1 设计、 运行及检修资料 a )管道设计资料,包括蒸汽参数、设计依据、部件材料及其力学性能、制造工艺、结构几何尺寸、 强度计算书及管道的冷紧位置、冷紧方向和预拉紧力等。 b )管道安装资料, 包括光谱检测、 焊接及热处理工艺、 主要缺陷的处理记录等。 c )管 道投运时间、运行小时数和启停次数。 d )管道实际运行压力、温度及压力、温度的波动范围;超设计参数运行的温度、压力及每一参数 下的累积运行时间。 e )管道事故记录和事故分析报告。 f )管道焊缝的挖补修复与弯头 ( 弯管) 、阀门及三通的更换记录。 9 ) 管道历次检修
14、检查记录,包括管道外观检查、 壁厚和弯头不圆度测量及蠕胀测量记录,焊缝、 弯头 ( 弯管)的无损检验,材料成分的校对、金相组织、硬度检查,腐蚀状况检查和管系的支 吊检查记录等。 4 . 1 . 2 管道材料性能 数据 根据机组的运行方式,确定对蒸汽管道是进行蠕变寿命评估、疲劳一蠕变交互作用寿命评估还是焊 缝缺陷的安全性评定,不同类型的评估所需的材料性能数据如下。 a )管道蠕变寿命评估所需的材料性能数据: 1 )常规力学性能。包括室温和工作温度下的拉伸性能、冲击性能,硬度。 2 )高温长期性能。包括持久强度、蠕变极限、最小蠕变速率。 3 )微观组织与碳化物特性。微观组织包括组织特征、晶粒度、表
15、面脱碳、珠光体球化级别、石 墨化级别 ( 碳、钥钢) 、蠕变孔洞和裂纹;碳化物特性包括碳化物成分与结构。 4 ) 物理性能。 包括氧化速率和腐蚀速率。 b )管 道蠕变 一疲劳交互作用寿命评估所需的 材料性能数据: co m DL/ T9 4 0一 205 1 ) 常规力学性能。 包括室温和工作温度下的拉伸、冲击性能, 硬度。 2 )高温长期性能。包括持久强度、蠕变极限、最小蠕变速率,低周疲劳性能,疲劳一蠕变交互 作用曲线。 3 ) 微观组织与碳化物特性。 微观组织包括组织特征、 晶粒度、 表面脱碳、 珠光体球化级别、 石 墨 化级别 ( 碳、 铝钢) 、 蠕变孔洞和裂纹;碳化物特性包括碳化物
16、成分与结构。 4 ) 物理性能。包括弹性模量、泊松比, 线膨胀系数、比热容、热导率, 氧化 速率和腐蚀速率。 4 . 2 应力计算 4 . 2 . 1 内压应力计算 a )蒸汽管道直管段的内压折算应力按式 ( 1 )计算,或采用式 ( 2 )计算环向应力Q9. 气=p 0 . 5 D o 一Y ( S 一 “) S一a (1) 式中: 气 内 压 折算 应 力, M P a ; p - 一 管道正常运行下的压力, M P a ; D ,- 一 蒸汽管道外径, mm ; S -蒸汽管道壁厚, MM ; “ 一 一一 考虑腐蚀、磨损和机械强度的附加壁厚,M M; Y - 一 一 温度对计算管子壁厚
17、公式的修正系数 ( 对于碳钢、 低合金钢和高 铬钢, 4 8 0 及以 下时Y = 0 . 4 , 5 1 0 时 Y-0J, 5 3 8 及以上时 Y -0. 7 ,中间温度的 Y 值,可按内插法计算) 。 几 =p ( D . 一 S ) 2S ( 2) 式中: Q e 一 一 一 环向应力,MP a . b )弯头部位的最大环向应力按下式计算: _, 。 , . 3 D ;e 1 , 、 口日 刀 . 蓝 = 气丁丁 且 十 - 万二 一 . - . - -下-. 节下- -二,一 、 J, 2s 2 J , t 一U“ L; 、 , I + p l -H = ) 一 L乙乙a = D
18、o 一 D . . . 刀加 n 式中: 6 d n e x 一 一 最大环向 应力,M P a ; e 弯头不圆度; P 管道正常运行下的压力, M P a ; 。 临 。 、 。 咖1. - - 蒸汽管道外直径的 最大、最小值, mm ; Do m - 一 管道的公称外直径; S -弯头 ( 弯管)的最小壁厚, M M ; 乙 卜 一 泊松比,0 .3 ; E 材料弹性模量, MP a ; 刀 厂 一 管道内直径, mm. 4 . 2 . 2 热应力计算 对管道进行蠕变一疲劳寿命评估时,蒸汽管道的环向热应力按下式计算: EaI ATI a 0 = 下 砰 百 ( 4) co m DL /
19、T 9 4 0一 2 0l2 0 0 5 式中: “ 一 -材料的线胀系数,1 / K ; A T -蒸汽管道内外壁温差,; 一泊松比,0 . 3 ; 尹 一 一 与 管 道内 外 壁 厚有 关 的 结 构 系 数, 可 查G B / T 9 2 2 2 -1 9 8 8 中 附 录D 的图D . 3 o 4 . 3 寿命评估的程序和步骤 4 . 3 . 1 寿命评估的程序 寿命评估的 程序按D U T 6 5 4 -1 9 9 8 中的4 . 3 执行。 4 . 3 . 2 管道寿命评估的步骤 管道寿命评估的步骤采用三级评估法。 a )I 级评估 基本评估。 b ) I I 级评估 较精确评
20、估。当I 级评估的 蒸汽管道寿命小于蒸汽管道己 运行的时间时,进行1 1 级评估。 c ) I II 级评估精确评估。当1 1 级评估的蒸汽管道寿命小于蒸汽管道已运行的时间时,进行I II 级 评估。 4 . 3 . 3 三个等级评估所需资料 ( 见表 1 ) 表 1 三个等级评估所需资料 I级评估n级评估II I 级评估 设计、制造和安装资料 电厂记录电厂记录 电厂记录 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 管道状态检测 实际测量直管和弯头 ( 弯 管)壁厚、弯头不圆度、焊 缝和弯头 (
21、弯管)的微观组 织及硬度、焊缝和弯头 ( 弯 管)无损检测 实际测量直管和弯头 ( 弯 管)壁厚、弯头不圆度、焊 缝和弯头 ( 弯管)的微观组 织及硬度、焊缝和弯头 ( 弯 管)无损检测 实际测量直管和弯头 ( 弯 管)壁厚、弯头不圆度、焊 缝和弯头 ( 弯管)的微观组 织及硬度、碳化物成分与结 构、焊缝和弯头 ( 弯管)无 损检测 直管段应力 计算分析计算分析计算分析 弯头应力经验公式计算 经验公式或有限元计算 或试验应力测量 经验公式或有限元计算 或试验应力测量 材料性能及微观组织损 伤状态 材料性能查阅资料取最 低值 割管取样进行拉伸、冲 击、硬度和微观组织检查, 持久、蠕变性能查阅资料
22、取 最低值 割管取样进行拉伸、冲 击、硬度试验、微观组织和 碳化物检查、进行持久断裂 或蠕变断裂试验 4 . 3 . 4 管道检测与材料试验方法 焊缝和弯头 ( 弯管)无损检测按 J B 4 7 3 0或 D L / T 8 2 0 及 D UT 8 2 1 执行:材料微观组织检查按 G B / T 1 3 2 9 8 和D U T 6 5 2 执行: 材料的持久、蠕变性能 按G B I T 2 0 3 9 执行; 碳化物检查和蠕变孔洞检查 分别按 D UT 8 1 8 和 D UT 5 5 1 执行。拉伸、冲击试验分别按 G B / T 2 2 8 和 G B / T 2 2 9 执行。 5
23、 寿命评估技术方法 5 . 1 等温线外推法 a )试验温度选与蒸汽管道运行相同条件下的温度,按 G B / T 2 0 3 9进行材料的持久断裂试验。 co m DL / T 9 4 0一 2 0 0 5 b )利用下式对试验数据用最小二乘法进行拟合,确定 k , m值: 口=k ( t , ) ( 5) 式中: 。 卜 - - 一 试样加载的应力水平, MP a ; t r 断裂时间, h ; k 、二由试验确定的材料常数。 几种低合金耐热钢在不同状态下的k , m值可参照D L / T 6 5 4 -1 9 9 8 中的附 录A o ( 9 1 2 ) C r - 1 M o 钢的k ,
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- DL电力标准-DLT 940-2005 火力发电厂蒸汽管道寿命评估技术导则 DL 电力 标准 DLT 940 2005 火力发电厂 蒸汽 管道 寿命 评估 技术
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