超超临界机组管线弯头寿命评估方法综述

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1、超超临界机组管线弯头寿命评估方法综述刘学，徐鸿，段丽，王开龙（华北电力大学（北京）能源与动力工程学院，北京，邮编：102206）摘要：本文介绍了超超临界状态下主汽管道材料蠕变应变的特点和常用寿命评估方法，并介绍了在椭圆度和壁厚的影响下，如何评估弯头的剩余寿命。通过用有限元（ANSYS）模拟分析，阐述了在恒载荷下主汽管道剩余寿命评估的有效方法。同时还介绍该领域研究的新成果，以及未来超超临界状态下管线弯头寿命评估的关键问题和发展趋势，并提出新一代超超临界状态下管线弯头寿命损耗在线监测系统的新课题。关键词：蠕变，寿命评估，弯头，椭圆度，主

2、汽管道，超超临界Life-assessmentMethodSummaryOfPipelineElbowAboutUltraSupercriticalUnitLiuXue，XuHong，DuanLi，WangKaiLong(SchoolofenergyandpowerengineeringNCEPU，Beijing，PostalCode:102206)Abstract:Inthispaper，thecharacteristicofmaterialCreep，usuallife-assessmentmethodsaboutthemain

3、steampipingundertheultrasupercriticalstateareintroduced，especiallyundertheeffectofthepipe’ovalityandthickness，howtoassesstheremaining-lifeoftheelbow，andbythemeansofsimulationanalysisthroughFEM(ANSYS)，effectivemethodsofassessingthemainsteampiping’remaining-lifeisexposit

4、edunderthestateofinvariableload.Inaddition，newachievementsinthefield，andthekeyproblemanddevelopmenttrendoflife-assessmentaboutpipelineelbowundertheultrasupercriticalstateinfuturearementioned，andanewsubjectofdevelopinganewgenerationonlinemonitoringsystemaboutlife-spanlo

5、ssesofpipelineelbowundertheultrasupercriticalstateisalsoproposed.KeyWords:Creep；Lifeassessment；elbow；Ovality；Mainsteampiping；Ultrasupercritical1、概述火电厂的蒸汽参数是指蒸汽的压力和温度。按照卡诺循环的原理，提高高温热源的温度或降低低温热源的温度，可以提高热机的热效率。火电厂正是遵循这个原理，在逐渐通过提高机组的蒸汽参数来提高火电厂的效率。一般来说，汽压高于24MPa的机组称为超临界压力机组

6、，汽压在27MPa以上的则称为超超临界压力机组。随着蒸汽参数的提高火电厂的主蒸汽管道(包括母管)、高温再热蒸汽管道是发电厂的主要高温部件，在超超临界的运行状态下均受到高温、高压蒸汽作用材料经常产生蠕变而发生破坏。蠕变是指在一定的温度和应力作用下，经过一段时间产生塑性变形，即使所加应力低于该温度下的屈服极限也会逐渐产生塑性变形的现象。蠕变应变随时间缓慢变化是一个级其复杂的过程。蠕变过程初期阶段由于材料内部的微观相结构发生重新分布,表现为应变时效的特点,在这个期间材料只是在组织形态上发生微小的变化。最初期的应变增加较快,是因为内部组织在

7、应力作用下发生取向性形变所致。随后晶粒中的合金元素偏晰并向晶界转移,进入稳定阶段。在稳定阶段中,实际上是应变时效与材料内部组织发生损坏,两者互相竞争出现的动态平衡。随着时间增加，蠕变速率越来越快，直到蠕变断裂，这也就是蠕变的加速阶段。蠕变与多种因素有关，一般主要认为与运行时的温度、应力和时间有关，高温下金属力学行为的一个重要特点就是发生蠕变，即金属在恒定负荷(或应力)作用下随时间的增长形变不断增加，形变的结果最终可能导致金属的断裂。所以说，超超临界机组管线弯头部件的失效的主要形式是部件产生蠕变的结果。显然高温、高压是现代工业所面临的

8、挑战就是材料发生蠕变的问题。然而在高温下构件的变形与损伤是依赖于时间（Time-dependent）以及空间多轴应力状态（Multiaxiality）的复杂现象。高温部件的蠕变过程和部件的温度水平密切相关。当温度低于材料的晶体转化温度