一种重大发电设备的失效综合判定方法技术

本发明专利技术属于发电装置检测技术领域，具体为一种重大发电设备的失效综合判定方法。本发明专利技术具体步骤为：一、提出整体分析策略，系统考虑八方面影响因素，包括材料、设计、制造、安装、检验、操作、维护和环境；二、采用综合表征方法，将破口微区分析与宏观试验相结合，所谓微区分析是指将破口放大500倍后对其表面微观特性进行的深度分析；三、建立快速判别技术，可迅速界定在腐蚀磨损、冲蚀磨损、复合腐蚀等复杂工况下的不同失效机理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于重大发电设备检测
，具体涉及。
技术介绍
电力工业是国民经济发展的支柱产业，直接关系到其他工业的生产和发展。但由于发电设备尤其是换热设备的结构多样性和工况复杂性，异常的失效问题频繁发生，经济损失巨大。因此，通过对典型换热设备的失效案例研究，开发出大型发电设备的失效分析关键技术、防护技术和风险评价技术，是确保设备安全运行的最有效方法，可以带来显著的社会经济效益。众所周知，国内外虽然对失效分析非常重视，开展过大量研究，但异常的失效事故仍时常发生。这一方面是实际情况的交互性和综合性所致，如材料选用不适、结构设计欠妥、制造质量一般、安装方式不当、检测方法常规、组织性能劣化、维护过程疏漏、人员操作有误、工况介质复杂、外部环境变化、失效机理不明、防护措施简单、管理制度不严等；另一方面是失效分析技术本身的局限性和不确定性。例如，现有的失效分析技术在解决单一工况下的失效问题时有其适用性，但在分析复杂工况下的失效难题时，无论是精准度还是有效性都有待进一步开发和提闻。对此，本专利技术采用系统分析的研究策略，创造了。通过多方协同合作和技术攻关，本专利技术的创新成果已成功应用于秦山核电厂、宝钢电厂、外高桥电厂、浙能嘉华电厂、浙能嘉兴电厂、金山石化电厂等大型发电设备的失效分析中，并推广至非金属材料领域，如汽车塑料部件、微电子芯片封装和印制电路板制造等，取得了很好的社会经济效益。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
中存在的问题，提出了。本专利技术提出的重大发电设备的失效综合判定方法，具体步骤如下: (1):运用整体性策略对重大发电设备的失效部位进行分析，对失效部位的分析考虑八方面影响因素，包括材料、设计、制造、安装、检验、操作、维护和环境；重点检查失效部位的加工和服役状况，包括:是否采用先进加工工艺，是否有锈蚀痕迹，是否有异物堵塞，以及是否有局部机械割痕；对失效部位的分析采用宏微观形貌、化学价态、表面元素、物相结构、基团组成或热性能中任一种方法； (2):采用综合表征方法，对失效部位进行破口微区分析与宏观试验，其中破口微区分析是指放大倍数超过500倍后对破口表面微观特性的表征；结合步骤(I)对失效部位的分析结果，对失效原因进行分类，并建立失效原因的初步判定方法； 所述失效原因分为下述中任一种: (A)如果破口呈椭圆形，外壁边缘明显向里凹，内壁及附近表面均光滑，则判断其失效原因为氢鼓泡； (B)若形成若干准圆形凹坑，直径在1.5?2.5mm之间，深的为孔形，浅的为钱币形，且分布间距有一定规律，则判断其失效原因为机械微凹陷； (C)若被泥沙堵塞，破口外壁表面无磨损痕迹，破口内壁则有多条平行的窄条形挤压条痕，并因局部塑性大变形产生褶皱；若被贝壳卡塞，破口边缘凹凸不平，呈马蹄形，具有冲刷磨损形态；若被橡胶带堵塞，当其发生卷曲并堵住大部分截面时破口如贝壳卡塞，当其充分伸展时破口同泥沙堵塞；判断其失效原因为异物(如泥沙、贝壳、橡胶带等)堵塞； (3):在步骤(2)的基础上，进一步采用三维体视显微镜、扫描电镜、能谱分析、红外光谱、拉曼光谱、原子吸收光谱、电感耦合等离子体发射光谱、二次离子质谱、离子色谱、X射线光电子能谱、X射线衍射分析、X射线荧光分析、热失重分析或差示扫描量热分析中的一种或多种表征手段，对失效部位进行综合研究，建立在腐蚀磨损、冲蚀磨损、复合腐蚀等复杂工况下的失效机理的快速判别技术； 具体实施方法为下述中任一种: 采用扫描电镜、X射线光电子能谱、二次离子质谱和X射线衍射分析四种表征方法，对失效部位破口内外壁边缘表面的微区形貌及其材料组成、氢元素含量、化合物种类、物相结构等进行综合分析，若最终发现氢化钛(TiHg24)晶相的存在，则能界定出氢鼓泡与氢脆的材料失效机理； 采用宏观试验对异物进行分析，并结合三维体视显微镜与扫描电镜对破口的宏微观形貌观察结果，若发现破口内壁有多条平行的窄条形挤压条痕且发生褶皱、或破口边缘凹凸不平且呈马蹄形，则判定出异物堵塞引起的材料失效； 采用扫描电镜与能谱分析相结合的微区分析法，若发现材料磨损面产生局部溃烂、微凹陷，并且沉积有氧化钛或氧化铁等异种金属氧化物组成的混合物粉末，则能确定失效原因是微动磨损； 采用电感耦合等离子体发射光谱、离子色谱、三维体视显微镜、扫描电镜、能谱分析等多种表征方法，若检测到工艺介质成份频繁的大幅度变化，以及破口表面的钱币状腐蚀微孔、点蚀坑、微纳米级针状腐蚀产物等，则能界定出酸/碱交替腐蚀的全新失效机理； 采用扫描电镜与能谱分析两种分析手段，若观察到失效部位表面和剖面的多种点蚀形态以及点蚀坑内较高含量的卤离子，则能判定出运行维护操作不当引起的局部腐蚀机理。有益效果在于: 1、本专利技术综合考虑材料、设计、制造、安装、检验、操作、维护和环境等八方面影响因素，有效运用多种现代分析仪器和方法，可以快速、准确判断出重大发电设备的失效机理； 2、本专利技术对电力、石化、化工、冶金等行业中，在类似服役条件下的工业设备，制定有效失效预防措施方面具有普遍参考价值。【附图说明】图1为某热交换器管板内失效传热钛管的破口宏观形貌。其中，(a)某传热管内壁椭圆形破口形貌(氢鼓泡)，(b)另一传热管外壁脆性开裂形貌(氢脆)。图2为对失效钛管椭圆形破口的XPS分析结果。其中，Ca)内壁只有一种Ti元素化合价，(b)外壁有两种Ti元素化合价。图3为破口内、外壁表面的SIMS分析结果。其中，(a)内壁，(b)外壁。图4为破口外壁近表面存在氢化钛的XRD衍射峰位置。图5为某热交换器传热管内壁机械微凹陷的宏观形貌。其中，(a)沿周向均布，(b)钱币状形貌。图6为微动磨损引起的传热管外壁表面形貌。其中，Ca)宏观形貌，(b)磨损面上的金属磨屑，(C)磨损面上的局部溃烂、微凹陷形态。图7为某海水热交换器中由异物堵塞引起的失效传热管形貌。其中，Ca)泥沙沉积，(b)贝壳卡塞，(c)橡胶带堵塞。图8为某热交换器失效传热管腐蚀穿孔的破口形貌。其中，Ca)宏观形貌，(b)钱币状微孔，(C)点蚀坑与针状腐蚀产物。图9为某热交换器传热管外壁表面的点蚀形貌。其中，(a)宏观形貌，(b)内、外壁剖面对比，(c)点蚀坑SEM形貌。【具体实施方式】下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围内。实施例1:氢脆与氢鼓泡的失效形态及分析 图1所示为某大型发电设备热交换器中，位于管板内的失效传热钛管破口形貌。可见其中左侧破口呈椭圆形，见图1(a)的内壁形貌，且边缘明显由外向内凹，表明该传热管外壁曾受到某种挤压力作用。而在另一失效传热钛管外壁则存在脆性开裂现象，见图1(b)。为查明上述罕见失效现象的起因，本项目创新地实施了以下失效分析策略: (I)X射线光电子能谱表面分析。运用X射线光电子能谱分析，确定该破口内壁微区表面的Ti元素只有一种化合价态，是已知的钝化膜TiO2 (图2(a));但破口外壁微区表面的Ti却有两种不同的化合价态，见图2(b)，除TiO2外，还有一种无法与现有标准相匹配的价态。因而可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重大发电设备的失效综合判定方法，其特征在于具体步骤如下：（1）：运用整体性策略对重大发电设备的失效部位进行分析，对失效部位的分析考虑八方面影响因素，包括材料、设计、制造、安装、检验、操作、维护和环境；重点检查失效部位的加工和服役状况，包括：是否采用先进加工工艺，是否有锈蚀痕迹，是否有异物堵塞，以及是否有局部机械割痕；对失效部位的分析采用宏微观形貌、化学价态、表面元素、物相结构、基团组成或热性能中任一种方法；（2）：采用综合表征方法，对失效部位进行破口微区分析与宏观试验，其中破口微区分析是指放大倍数超过500倍后对破口表面微观特性的表征；结合步骤（1）对失效部位的分析结果，对失效原因进行分类，并建立失效原因的初步判定方法；所述失效原因分为下述中任一种：（A）如果破口呈椭圆形，外壁边缘明显向里凹，内壁及附近表面均光滑，则判断其失效原因为氢鼓泡； （B）若形成若干准圆形凹坑，直径在1.5~2.5mm之间，深的为孔形，浅的为钱币形，且分布间距有一定规律，则判断其失效原因为机械微凹陷；（C）若被泥沙堵塞，破口外壁表面无磨损痕迹，破口内壁则有多条平行的窄条形挤压条痕，并因局部塑性大变形产生褶皱；若被贝壳卡塞，破口边缘凹凸不平，呈马蹄形，具有冲刷磨损形态；若被橡胶带堵塞，当其发生卷曲并堵住大部分截面时破口如贝壳卡塞，当其充分伸展时破口同泥沙堵塞；判断其失效原因为异物（如泥沙、贝壳、橡胶带等）堵塞；（3）：在步骤（2）的基础上，进一步采用三维体视显微镜、扫描电镜、能谱分析、红外光谱、拉曼光谱、原子吸收光谱、电感耦合等离子体发射光谱、二次离子质谱、离子色谱、X射线光电子能谱、X射线衍射分析、X射线荧光分析、热失重分析或差示扫描量热分析中的一种或多种表征手段，对失效部位进行综合研究，建立在腐蚀磨损、冲蚀磨损、复合腐蚀等复杂工况下的失效机理的快速判别技术；具体实施方法为下述中任一种：采用扫描电镜、X射线光电子能谱、二次离子质谱和X射线衍射分析四种表征方法，对失效部位破口内外壁边缘表面的微区形貌及其材料组成、氢元素含量、化合物种类、物相结构等进行综合分析，若最终发现氢化钛（TiH1.924）晶相的存在，则能界定出氢鼓泡与氢脆的材料失效机理；采用宏观试验对异物进行分析，并结合三维体视显微镜与扫描电镜对破口的宏微观形貌观察结果，若发现破口内壁有多条平行的窄条形挤压条痕且发生褶皱、或破口边缘凹凸不平且呈马蹄形，则判定出异物堵塞引起的材料失效；采用扫描电镜与能谱分析相结合的微区分析法，若发现材料磨损面产生局部溃烂、微凹陷，并且沉积有氧化钛或氧化铁等异种金属氧化物组成的混合物粉末，则能确定失效原因是微动磨损；采用电感耦合等离子体发射光谱、离子色谱、三维体视显微镜、扫描电镜、能谱分析等多种表征方法，若检测到工艺介质成份频繁的大幅度变化，以及破口表面的钱币状腐蚀微孔、点蚀坑、微纳米级针状腐蚀产物，则能界定出酸/碱交替腐蚀的全新失效机理；采用扫描电镜与能谱分析两种分析手段，若观察到失效部位表面和剖面的多种点蚀形态以及点蚀坑内较高含量的卤离子，则能判定出运行维护操作不当引起的局部腐蚀机理。...

【技术特征摘要】
1.一种重大发电设备的失效综合判定方法，其特征在于具体步骤如下: (1):运用整体性策略对重大发电设备的失效部位进行分析，对失效部位的分析考虑八方面影响因素，包括材料、设计、制造、安装、检验、操作、维护和环境；重点检查失效部位的加工和服役状况，包括:是否采用先进加工工艺，是否有锈蚀痕迹，是否有异物堵塞，以及是否有局部机械割痕；对失效部位的分析采用宏微观形貌、化学价态、表面元素、物相结构、基团组成或热性能中任一种方法； (2):采用综合表征方法，对失效部位进行破口微区分析与宏观试验，其中破口微区分析是指放大倍数超过500倍后对破口表面微观特性的表征；结合步骤(1)对失效部位的分析结果，对失效原因进行分类，并建立失效原因的初步判定方法； 所述失效原因分为下述中任一种: (A)如果破口呈椭圆形，外壁边缘明显向里凹，内壁及附近表面均光滑，则判断其失效原因为氢鼓泡； (B)若形成若干准圆形凹坑，直径在1.5^2.5mm之间，深的为孔形，浅的为钱币形，且分布间距有一定规律，则判断其失效原因为机械微凹陷； (C)若被泥沙堵塞，破口外壁表面无磨损痕迹，破口内壁则有多条平行的窄条形挤压条痕，并因局部塑性大变形产生褶皱；若被贝壳卡塞，破口边缘凹凸不平，呈马蹄形，具有冲刷磨损形态；若被橡胶带堵塞，当其发生卷曲并堵住大部分截面时破口如贝壳卡塞，当其充分伸展时破口同泥沙堵塞；判断其失效原因为异物(如泥沙、贝壳、橡胶带等)堵塞； (3):在步骤(2)的基础上，进一步采用三维体视显微镜、扫描电镜、能谱分析、红外光谱、拉...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨振国，龚嶷，祝凯，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31