鍋爐內部承壓部件的蠕變分析及壽命計算

曾潔（涼山州特種設備監督檢驗所，四川 涼山 615000）

鍋爐內部承壓部件的蠕變分析及壽命計算

曾潔（涼山州特種設備監督檢驗所，四川 涼山 615000）

隨著社會經濟的提高，使得鍋爐得到了廣泛的應用。然而，因鍋爐內部承壓部件自身的蠕變分析與壽命計算著手的較晚，截止到當前，尚未研制出一套科學有效的分析方法，但技術的提升，使得蠕變分析和壽命計算更加精準，這在一定程度上推動了鍋爐事業的前進。本文主要基于鍋爐內部承壓軟件，圍繞高溫過熱器，從蠕變分析和壽命計算方面展開探討。

鍋爐；承壓部件；蠕變分析；壽命計算

在鍋爐過熱器與再熱器中，爆管事故最為常見，這是干擾發電機組整體運行情況的主要因素。產生這一問題的原因主要有：短時過熱和長期蠕變等。針對短時過熱，一般是采取預防與運行調整來解決。因此，無論是高溫過熱器，還是高溫再熱器，其剩余壽命計算通常是面向長期蠕變而言的。

1 承壓部件壽命計算

現階段，蠕變分析和壽命計算主要應用時間、溫度參數法，其計算參數相對偏低，便于計算，計算結果較為可靠，可有效、快速求解蠕變斷裂壽命大小。此方法的主要設計理念是為增加計算精準性、控制計算時間、改善計算溫度，因此，把時間和溫度計算參數看作取長補短式計算手段，同時，用函數的形式進行表現。在具體應用過程中，以LM參數和KD參數為主。而本文主要以高溫過熱器進行說明，利用LM參數充當蠕變分析損耗手段，基本表達式為：

在上述公式中，T代表鋼材使用過程的溫度，C代表鋼材常數，F代表使用環節鋼材的實際蠕變時間。依照金屬材料管理規范能夠發現，當面向相似材料著手測試時，在不同溫度條件下，求解對應的斷裂時間，再對數據進行整理，使其變成相應公式，基本表達式為：

將上述兩個公式進行整理，能組合成下述公式：

把鍋爐內部承壓部件自身的參數值套入上述公式，便可得到5個參數，深入計算便能夠得到上述公式對應的計算形式。

另外，在計算過程還應思量別的因素，如果片面考量溫度變化計算，則因存在一些不可控因素，在具體的計算活動中可能會出現數值不科學的問題。如果僅僅考量溫度，則公式形式如下：

此公式所計算數值僅僅和金屬有關，具體計算過程只要明確過熱器壁溫便可，上述計算十分方便，其斷裂時間以f來表示。外加內定壓力于過熱器工作為上限壓力，因此，利用此種壓力對形式進行計算式，對應計算結果偏大，可提升計算安全性。

2 壁溫檢測

通過上述探討的公式和計算方法不難發現，在高溫運作階段，對相應使用壽命進行估算時，管壁溫度至關重要。然而，若在高溫環境下實施作業將是非常危險的。因此，過熱器溫度偏高則不利于壁溫測量，此種測量一般包含下述幾種方式：

（1）氧化層厚法

氧化層厚法屬于間接測量方法，主要通過內壁氧化層厚度求解金屬當量運行實際溫度，在此基礎之上，把當量運行溫度套入特定公式，便可獲得蠕斷時間，最終得到蠕變壽命損耗結果。

在壽命評估中，特定時間下對應的金屬壁溫并不存在過大的意義，這是因為特定時間下對應的金屬壁溫并不是固定的，而是隨著時間逐步變化。但對于某段管子，對應壽命損耗程度卻能夠等價為固定金屬溫度和特定的應力情形中服役同樣時間，該等效金屬溫度即金屬當量溫度。

內壁氧化層實際厚度增長和對應服役期下金屬當量溫度存在某種關系。在美國和加拿大全面應用的Laborelec公式中，能夠借助超聲波來檢測內壁氧化層實際厚度。經由示波器檢測超聲波于管壁金屬內對應的傳播時間與氧化皮下對應的傳播時間。基于此，依照試驗得到氧化皮基本構成和彈性模量來明確氧化層內部的超聲波聲速。眾所周知，超聲波于鋼構件內的傳播速度確定不變，從而便可能利用管壁金屬具體傳播時間得到內壁氧化層的實際厚度大小。

此種方法具有眾多優點，定量可靠，高效無損，實踐應用還表明，經由上述方法獲得的結果非常可靠。這一方法應在停爐時著手氧化層厚度全面測量工作，而這制約了其在在線監測方面的應用。

（2）直接測量法

直接測量一般是將測量的熱電偶擺放于壁管外圍，再通過導線引出，進而便可直接檢測壁溫。然而，因測量過程應思量高溫測量條件下儀器損壞和脫落現象，有時還會出現儀器失效問題。另外，因壁管傳熱較為復雜，當開展表面測溫工作時，可能會出現混亂的局面，導熱過程有所改變，使得壁管測量存在一定的誤差。此種方法具有優良的時效性和一定的連續性，能夠保障測量裝置的整體穩定性，并可把測量誤差控制在正常范圍。無論在計算層面，還是在具體工作活動中，此測量方法均較為實用，并得到了廣泛應用。

3 結語

經過長期探索，鍋爐內部承壓部件采用的壽命損耗方法有所改善與提高，但是和理想狀態及預期計算精準度仍然存在一定的差距。尤其在壽命損耗探究中，數據大部分來源于測量元件，僅僅有一小部分源自狀態分析數據，這使得壽命計算缺少真實性。由此可知，在未來，我們應將工作重心放在壽命計算和壽命探究方法全面整合的問題上，借助壽命探究方法的可靠性來優化壽命計算模型。

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