一种膜式水冷壁管内壁腐蚀失效临界判定方法技术

本发明专利技术涉及一种膜式水冷壁管内壁腐蚀失效临界判定方法，其包括（1）建立膜式水冷壁管的有限元模型，得到缺陷的形貌、缺陷的深度与管子的局部等效应力水平关系表单；（2）对待判定膜式水冷壁管的内壁的腐蚀程度进行无损检测，获得腐蚀形貌和腐蚀深度；（3）参照步骤（1）所得关系表单，找到所检测的腐蚀形貌和腐蚀深度对应的局部等效应力；（4）将步骤（3）所得局部等效应力与膜式水冷壁管在400℃时的屈服强度进行比较，取安全系数为1.5，当所得局部等效应力σ大于等于膜式水冷壁管在400℃时的屈服极限σs/1.5倍时，判定该膜式水冷壁管处于临界失效状态。该方法现场实施较为简单，无需特殊的设备，可大量节约水冷壁管更换数量，且保证机组安全运行。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，其包括（1）建立膜式水冷壁管的有限元模型，得到缺陷的形貌、缺陷的深度与管子的局部等效应力水平关系表单；（2）对待判定膜式水冷壁管的内壁的腐蚀程度进行无损检测，获得腐蚀形貌和腐蚀深度；（3）参照步骤（1）所得关系表单，找到所检测的腐蚀形貌和腐蚀深度对应的局部等效应力；（4）将步骤（3）所得局部等效应力与膜式水冷壁管在400℃时的屈服强度进行比较，取安全系数为1.5，当所得局部等效应力σ大于等于膜式水冷壁管在400℃时的屈服极限σs/1.5倍时，判定该膜式水冷壁管处于临界失效状态。该方法现场实施较为简单，无需特殊的设备，可大量节约水冷壁管更换数量，且保证机组安全运行。【专利说明】
本专利技术涉及一种判断管道是否失效的判定方法，具体涉及膜式水冷壁管内壁腐蚀 失效临界判定方法。
技术介绍
高温高压作用下，由碳钢及低合金耐热钢制造的膜式水冷壁管内壁，对锅炉给水 中残余的杂质变得更加敏感，如果给水中杂质离子含量超过允许浓度，更会加速锅炉的腐 蚀，引起水冷壁炉管汽水侧腐蚀减薄，且炉管内壁因存在凸起的螺纹，在螺纹边缘凹陷位置 极易形成离子聚集和应力集中现象，更会因此产生应力腐蚀作用，造成管子局部强度减弱， 严重时引起失效导致爆管，因此需进行管道更换。 现场通常采用的方法是在机组大修期间对水冷壁管进行无损检验，发现存在内壁 腐蚀减薄后，对发现壁厚减薄的水冷壁位置进行全范围更换。采用该种方案，造成大量仍可 安全服役管道被割除，形成资源浪费，并在更换过程形成多道新焊口，并带来新的焊接安全 风险。 膜式水冷壁管内壁存在凸起螺纹，导致内壁结构存在不均匀性，壁厚存在差异。服 役状态下等效应力分布不均。而管内壁发生腐蚀过程中，由于腐蚀类型，腐蚀部位存在不 同，因而内壁腐蚀引起的局部材料减薄对管道强度的影响存在差异，管道失效临界状态不 能简单通过壁厚是否发生减薄予以判断。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种膜式水冷壁管内壁 腐蚀失效临界判定方法。 为解决以上技术问题，本专利技术采取如下技术方案： -种膜式水冷壁管内壁腐蚀失效临界判定方法，其包括如下步骤： (1)建立膜式水冷壁管的有限元模型，在所建模型的管子上设具有不同形貌和不 同深度的不同缺陷，计算得到具有不同缺陷的管子其各部位的局部等效应力，然后将不同 缺陷和计算所得各部位的局部等效应力中的最大等效应力对应列表，形成缺陷的形貌、缺 陷的深度与管子的局部等效应力水平关系表单； (2)对待判定膜式水冷壁管的内壁的腐蚀程度进行无损检测，获得腐蚀形貌和腐 蚀深度； (3)参照步骤（1)所得关系表单，找到步骤（2)所检测的腐蚀形貌和腐蚀深度对应 的局部等效应力； (4)将步骤（3)所得局部等效应力与所述膜式水冷壁管在400°C时的屈服强度进 行比较，取安全系数为1.5,当所得局部等效应力〇大于等于所述膜式水冷壁管在400°C时 的屈服极限σs/l. 5倍时，判定该膜式水冷壁管处于临界失效状态。 进一步地，步骤（1)中，所建模型的管子的尺寸按照待判定膜式水冷壁管的规格 尺寸来建立，所建模型的管子的内螺纹形式按照标准GB/T20409-2006中的A型建立，内壁 工况压力和温度条件按照机组实际满负荷工况条件选取。 进一步地，步骤（1)中，建立模型时，整个所建模型的管子采用规则形状的映射网 格划分。 进一步地，步骤（1)中，在整个所建模型的管子的中部建立所述缺陷，缺陷区域采 用映射网格或自由网格划分，网格细化单元大小为1-2_。 进一步地，步骤（1)中，所建立的缺陷的形貌包括圆柱形、球冠形和矩形，其中柱 形与球冠形模型对应的缺陷表面形貌均近似圆形（椭圆形），而矩形模型对应的缺陷表面 形貌近似方形。同时，相较于圆柱形模型对应的缺陷，球冠形模型对应的缺陷内部形貌，沿 深度方向向内横截面直径逐步缩小。 进一步地，根据步骤（2)所检测腐蚀形貌的特点将其对应简化为所述圆柱形、球 冠形或矩形缺陷。具体地，对于点状腐蚀形貌（表面为圆形且沿深度方向向内的横截面直 径>表面直径），将其简化为圆柱形缺陷；对于表面为方形的坑状腐蚀形貌，将其简化为矩 形缺陷；对于表面为圆形（椭圆形），且沿深度方向向内的横截面直径<表面直径的坑状腐 蚀形貌，将其简化为球冠形缺陷。 进一步地，计算时，管子的一个端面施加三个方向位移约束，另一端部施加两个方 向位移约束且轴向不施加约束，设置工况压力和温度条件后，进行非线性弹塑性计算，计算 时忽略鳍片结构，忽略蠕变现象，不考虑管子热应力、弯矩、焊接接头的附加应力。 根据一个具体方面，步骤（4)中，当所得局部等效应力大于等于所述膜式水冷壁 管在400°C时的屈服强度时，判定该膜式水冷壁管处于临界失效状态。 本专利技术采取的又一技术方案是：一种膜式水冷壁管内壁腐蚀减薄后的处理方法， 该方法包括： (1)采取上述的膜式水冷壁管内壁腐蚀失效临界判定方法判定该膜式水冷壁管内 壁是否处于临界失效状态； (2)对判定处于临界失效状态的管道部位进行更换。 进一步地，对没有达到临界失效状态的管道部位不进行更换。 由于上述技术方案的采用，本专利技术与现有技术相比具有以下优点： 本专利技术通过对膜式水冷壁管不同类型内壁腐蚀深度与等效应力状态的关系进行 研究，得出管道是否受内壁腐蚀深度影响，处于局部失效临界状态，结合水冷壁内部损伤程 度无损检验结果，判定该区域是否需要进行管道更换，该方法现场实施较为简单，无需特殊 的设备，可大量节约水冷壁管更换数量，且保证机组安全运行。 【专利附图】【附图说明】 下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细的说明： 图1为膜式水冷壁管内壁腐蚀形貌示意图； 图2为有限元模型建立的管子的示意图； 图3为实例1膜式水冷壁管内壁腐蚀典型形貌特征； 图4为对无缺陷水冷壁管进行模型建立后所得一个等效应力分析图； 图5-7分别为建立圆柱形、球冠形和矩形缺陷后所得等效应力分析图。 【具体实施方式】 本专利技术主要用于解决300MW火电机组膜式水冷壁管内壁腐蚀失效临界（等效应力 等于安全校核强度）判定的问题，采用常规的方法，对内壁发生腐蚀的膜式水冷壁管无法 评估管道是否处于失效临界状态，而需对存在内壁腐蚀的位置进行全范围管道更换，造成 大量仍可安全服役管道被割除，形成资源浪费，并在更换过程形成多道新焊口，带来新的安 全风险。采用本专利技术，可形成系统的判别水冷壁管内壁腐蚀程度的方法，从而判定材料失效 临界状态，并根据检验结果，针对性处理管道更换。 如图1所示，火电机组膜式水冷壁管1内壁上具有内螺纹2。实际应用中发生腐蚀 的形貌主要为点状形貌3和坑状形貌，坑状形貌又有圆形（椭圆形）坑4和矩形坑5。本发 明的方法可以针对具体的腐蚀情况判断该腐蚀所在的位置的管道是否需要更换。 本专利技术方法包括以下步骤： (1)建立有限元模型 获取相应水冷壁管规格尺寸，内螺纹形式按照标准GB/T20409-2006中的A型建 立。内壁工况压力、温度条件设置按机组实际满负荷工况条件选取。 建立的不含缺陷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膜式水冷壁管内壁腐蚀失效临界判定方法，其特征在于包括如下步骤：(1)建立膜式水冷壁管的有限元模型，在所建模型的管子上设具有不同形貌和不同深度的不同缺陷，计算得到具有不同缺陷的管子其各部位的局部等效应力，然后将不同缺陷和计算所得各部位的局部等效应力中的最大等效应力对应列表，形成缺陷的形貌、缺陷的深度与管子的局部等效应力水平关系表单；(2)对待判定膜式水冷壁管的内壁的腐蚀程度进行无损检测，获得腐蚀形貌和腐蚀深度；(3)参照步骤(1)所得关系表单，找到步骤(2)所检测的腐蚀形貌和腐蚀深度对应的局部等效应力；(4)将步骤(3)所得局部等效应力与所述膜式水冷壁管在400℃时的屈服强度进行比较，取安全系数为1.5，当所得局部等效应力σ大于等于所述膜式水冷壁管在400℃时的屈服极限σs/1.5倍时，判定该膜式水冷壁管处于临界失效状态。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨佳，张轶桀，陈忠兵，张翼，卢权，王淦刚，杨凯，杨海松，吕一仕，鲁立，成鹏，
申请(专利权)人：苏州热工研究院有限公司，中国广核集团有限公司，中国广核电力股份有限公司，三河发电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32