[發明專利]一種超超臨界鍋爐過-再熱器受熱面壽命評估方法

有效

• 申請號: 201410355381.5
• 申請日: 2014-07-22
• 公開（公告）號: CN104142272A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 王偉;鐘萬里;林介東;汪淑奇;陳冬林;鄧平
• 申請（專利權）人: 廣東電網公司電力科學研究院;長沙理工大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 周克佑

技術領域

本發明涉及一種超超臨界鍋爐過-再熱器受熱面在實際運行條件下的疲勞裂紋擴展壽命預測方法。

背景技術

超超臨界鍋爐現已成為火電機組發展的必然趨勢，隨著蒸汽參數的提高，對于受熱面管也提出了更為苛刻的要求。電網負荷變化無常，要求火電機組具有更大的靈活性，因此，在超超臨界參數機組中，調峰運行得到了廣泛關注。在調峰運行過程中，高參數和參數的快速波動使得受熱面管所受復雜應力發生很大的變化，促速裂紋擴展，直至受熱面管發生泄露或爆漏，嚴重影響受熱面管的使用壽命。

材料在加工時大多存留了加工痕跡，易形成應力集中源；在材料內部缺陷如夾雜物、氣泡以及晶粒的邊界等處，歷經數次循環之后，達到一定程度出現短而細的滑移線，并呈現相互錯動的滑移階梯，因往復滑移在表面上形成小缺口或凸起而產生應力集中。電站鍋爐調峰機組的主要特點：啟動次數多，啟停和調峰速度快。對于承受循環應力作用下的承壓部件，易形成疲勞作用下的裂紋擴展。在調峰運行條件下，應力集中源或帶細小裂紋等缺陷的高溫受熱面材料在交變應力的作用下慢慢擴展聚合，形成較大的主裂紋，主裂紋的進一步擴展導致最后的破壞，即發生疲勞裂紋斷裂。

現有的疲勞斷裂理論，包括以應力強度因子幅度(ΔK)為基礎的疲勞K理論、以J積分范圍(ΔJ)為基礎的疲勞J理論，或以疲勞裂紋尖端張開位移δ為基礎的疲勞δ理論等。著名的Paris模型僅能描述穩定擴展行為；Forman模型有所進步，但僅能描述穩定擴展和斷裂點的行為；Elber方程不能描述高應力強度因子范圍疲勞裂紋擴展規律的缺陷。

在變幅加載下的裂紋擴展機制，已相應地提出了大量的裂紋擴展模型，如Winenborg模型和Weeler模型。這兩個模型的不足之處在于不能描述過載后的復雜行為，如加速和“延時延遲”擴展行為，而且大多數的變幅加載下的疲勞裂紋擴展模型，需要引入試驗擬合參數來考慮過載峰、應力比和加載歷史等因素的影響。

超超臨界鍋爐過-再熱器受熱面所使用鋼材一般為馬氏體耐熱鋼或奧氏體耐熱鋼，其價格十分昂貴，以上各模型中不僅本身存在應用的不足，各個模型中的參數需要進行大量的試驗才能確定，其中臨界裂紋長度對試驗數據精度和可靠性受較多因素影響。鍋爐運行負荷變化萬千，為可靠評估壽命損耗、預測疲勞裂紋擴展剩余壽命，在不同負荷運行條件下，還需要分組進行大量的試驗以確定的上述模型中的參數。這不僅耗時、損耗試驗器材、消耗大量材料的等，而且在試驗過程中還不一定能得到有效的結果，如斷裂韌度。因此，在經濟上和實用上都很不劃算。

本發明特點是基于疲勞裂紋擴展是裂紋尖端連續啟裂失效的過程，疲勞損傷機理控制著疲勞啟裂、裂紋擴展直到失效的整個過程，從實際運行條件下受熱面的失效機理出發，根據疲勞裂紋擴展的理論模型結合數值模擬方法確定在實際運行條件下裂紋加速擴展的轉折點，來評判受熱面的剩余壽命。對發電廠金屬監督及壽命管理，檢修人員合理安排受熱面管道的檢修以及做好更替準備具有較重要意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題，就是提供一種超超臨界鍋爐過-再熱器受熱面壽命評估方法，可描述過載后的復雜行為，如加速和“延時延遲”擴展行為，且省時省材省料，能得到有效的結果，在經濟上和實用上都十分劃算。

解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種超超臨界鍋爐過-再熱器受熱面壽命評估方法，其特征是包括以下步驟：

S1建立基于塑性區尺寸的疲勞裂紋擴展速率模型

在Rice、Hutchinson和Rosengren所提出的裂紋尖端應力-應變HRR場的基礎上，Schwable提出的裂紋尖端循環應力-塑性應變HRR場，表達式如下：

Δσ(r)＝2K'(Δε_p/2)^n'??(1)；