主蒸汽管道蠕变测量方法及应用

主蒸汽管道蠕变测量方法及应

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摘要：通过在主蒸汽管道上设置蠕变测量标记的方法对主蒸汽管道的蠕变状况进行监测，为管道的安全运行和鉴定管道使用寿命提供相应的依据。

关键词：主蒸汽管道；蠕变测量标记；蠕变应变；蠕变速度

中图分类号：tm621 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2016）24-0187-03

0 引言

蠕变是指材料在高温变形过程中形成的在扫描电子显微镜下放大1000倍以上10000倍以下可观察到的微观缺陷，这些缺陷主要是微裂纹和微孔洞，它往往对材料的性能产生不利的影响，因此需要对高温状态下工作的材料进行蠕变监督。四川石化自备电站计划于2016年进行1#汽轮机组揭缸检修，本次大修内容包括主蒸汽管道的蠕变测量，并将测量结果记录、储存，为管道蠕变监督提供相应的科学依据。1#汽轮机组的主蒸汽管道（dn200）在工作温度535℃、操作压力的条件下间断长期运行达10000h，其蠕变测量尤为重要。通过定期进行蠕变测量和数据分析，及时掌握主蒸汽管道的蠕变规律，保障管道安全运行。

1 主蒸汽管道蠕变测量标记的设置

蠕变测量截面

蒸汽管道上固定用于测量蠕变的截面，在该区域设置了蠕变测点或蠕变测量标记，称蠕变测量截面。四川石化自备电站1#汽轮机组的主蒸汽管道的每一直管段上，设置有一个蠕变测量截面。测量截面的位置离焊缝或支吊架距离不得小于1m，至弯管起弧点不得小于。对需要经常测量及难搭架子的蠕变测量截面处，应有固定的测量平台。

蠕变测量标记方法

蠕变测量可用蠕变测点测量方法或蠕变测量标记方法，对一些在焊接测点座时易出裂纹的高合金钢管道及厚壁钢管，应选择蠕变测量标记方法。本文使用蠕变测量标记的方法对1#汽轮机组的主蒸汽管道进行蠕变测量。

蠕变测量标记测量方法是用因瓦合金制作的钢带尺缠绕在管道测量截面外表面上来测量该表面的周长。为保证每次测量都在固定位置上，应在要测量截面的管道外表面上按钢带尺的宽度打上两排互相平行的球面压痕标记（如图1）。

蠕变测量标记的设置

测量标记为一个直径约准2mm，深度为1mm球面压痕，无需焊接蠕变测量头。为保证测量标记正确地设置在管道表面上，在设置时把蠕变测量标记布置在一薄钢带上，然后在标记处钻一个准1mm的孔，把此薄钢带围在管道蠕变测量截面的外表面上，即能按孔准确定出测量标记的位置。

2 蠕变测量方法与计算

蠕变测量标记方法的特点

通过蠕变测量标记的方法，使用tlr型高温高压蒸汽管道周长蠕变测量尺对自备电站1#汽轮机组的主蒸汽管道进行蠕变测量，具有以下特点：

①操作方便，携带方便，可单人独立操作，计算方法简单。

②测量截面安装工艺简单。

③测量数值具有真实意义。采用周长测量包容原则，排除了因管道组织性质不均匀性，蠕变测点不焊在蠕变位置，而造成的假测现象。

④钢带尺带有恒定力的拉紧装置，可消除因外力施加不均而引起的测量误差。

⑤蠕变测量尺带有游标，其精确度为，钢带尺用因瓦合金制成（含36%ni的fe-ni合金，0℃～100℃间线膨胀系数接近于0）。

测量方法

蠕变测量前，应对测量工具进行检查，确保测量仪器准确可靠。1#汽轮机的主蒸汽管道应提前进行降温，待管壁温度不超过50℃时测量为宜。当环境温度与测量人员手温相差较大时，应降低测温人员手温对测量工具的影响。测量前，还应仔细检查蠕变测量标记是否受损，用棉纱和酒精清洁测量标记部分管段外表面。现场使用蠕变测量尺测量蠕变。

3 蠕变的原因及监督

蠕变的原因分析

蠕变是材料发生的一种不可逆的塑形变形过程，主蒸汽管道的温度和应力是影响蠕变速度的主要因素，温度越高，蠕变越快，应力越大，蠕变越快。通过对1#汽轮机组的主蒸汽管道的受力分析发现，导致管道产生蠕变的原因较为复杂，主蒸汽管道受复合应力的作用，主要包括：

①汽轮机组启机和停机过程所造成的介质波动，从而产生管道振动导致应力产生；

②汽轮机组启停导致主蒸汽管道某些部位（如开孔、接管、弯管等局部峰值应力区域）产生应力交变；

③管道内高温高压（535℃、）蒸汽产生的压力；

④材料加工及管道安装过程中造成的残余应力；

⑤管道自身结构（如弯头、焊口）产生的应力集中；

⑥管道热胀冷缩及其他位移受到约束产生的作用力；

⑦管道支吊架、自身重力等外载荷产生的作用力；

⑧蒸汽调节阀门的启闭造成的应力；

⑨管道内外壁的温度差造成的应力。

蠕变监督

主蒸汽管道的蠕变应执行dl/t 441-2004《火力发电厂高温高压蒸汽管道蠕变监督规程》。

①蠕变恒速阶段的蠕变速度不大于1×10-5%/h。

②总的相对蠕变变形量ε达1%时进行寿命鉴定。

③总的相对蠕变变形量ε达2%时更换管子。

4 结论

本次四川石化自备电站1#汽轮机组的主蒸汽管道蠕变测量为运行后的首次测量，对测量数据及计算结果进行归档保存，为后续定期的蠕变测量提供重要基础，为主蒸汽管道的蠕变监督提供可靠依据。所用的蠕变测量尺专用于该主蒸汽管道的定期蠕变测量，并由专人保管，以确保蠕变测量结果准确可靠。

由于1#汽轮机组自2013年投运以来一直处于间断运行，汽轮机组的启停将导致主蒸汽管道某些部位（如开孔、接管和弯管等局部峰值应力区域）产生应力交变的情况，导致主蒸汽管道产生蠕变疲劳交互作用下的损坏，从而缩短主蒸汽管道的寿命。因此，应加强主蒸汽管道的蠕变监督。

在设计使用寿命内，当相对蠕变应变ε小于%时，应每隔15000h左右测量一次；当相对蠕变应变ε达%～1%时，应每隔10000h左右测量一次；当总的相对蠕变应变ε达1%时或蠕变恒速阶段的蠕变速度大于1×10-5%/h时，应分析原因，对管道进行组织性能试验，确定其是否复合标准要求，并用综合分析法预测主蒸汽管道寿命；当总的相对蠕变变形量ε达2%时，应更换管子。

使用蠕变测量标记的方法对1#汽轮机组的主蒸汽管道进行蠕变监督，起到了预防主蒸汽管道发生高温蠕变破坏、保证主蒸汽管道安全运行、预测主蒸汽管的剩余寿命的作用。