一种汽轮机高压导汽管的状态评估方法

摘要

一种汽轮机高压导汽管的状态评估方法，包括以下步骤；1)明确评估对象汽轮机高压导汽管并确认基本信息；2)明确评估对象所处全运行寿命周期的阶段；3)从直管、弯头和焊缝终选取评估点；4)根据所处全运行寿命周期阶段及在设计制造安装阶段发现缺陷情况，计算基本状态因数；5)根据评估对象评估结果的反馈，计算矫正因子；6)针对选取的评估点，选择可执行的项目制定离线检测方案并实施；7)获取离线检测状态参数结果；8)对选取的直管、弯头和焊缝评估点进行状态评估；9)综合评估点的状态评估结果对评估对象进行状态评估；10)为下一次评估反馈用于计算矫正因子。本发明能够帮助火电厂汽轮机或金属专业技术人员更好的制定检修策略。

说明书

技术领域

本发明属于火电厂设备状态评估技术领域，特别涉及一种汽轮机高压导汽管的状态评估方法。

背景技术

汽轮机高压导汽管是火力发电厂汽轮机系统的重要部件，近年来，火电机组频繁参与电网调峰运行，这使得汽轮机高压导汽管在运行过程中处于较恶劣的工况条件，容易受到热交变载荷作用的影响，而且长期高温高压运行，局部区域蠕变空洞连成串易形成微裂纹。特别是高压导汽管与汽轮机高压外缸连接处的焊缝在高温高压变载荷的影响下，焊缝组织状态恶化、组织脆化会加大失效风险。此外，由于汽轮机高压导汽管位于汽轮机平台高压缸外部，如果发生失效，会引起重大安全事故，因此有必要较为准确的评估汽轮机高压导汽管的状态。

针对汽轮机高压导汽管，已有文献报道过通过无损检验方法，对某电厂的锅炉导汽管进行了材质状态评估和蠕变剩余寿命估算，如文献“锅炉导汽管材质状态和蠕变剩余寿命评估，热力发电，2011(8)”，有文献报道基于实验室材料性能试验确定导汽管高温冲击功和高温持久强度，基于有限元方法计算导汽管在工作状态下的最大应力并预测导汽管的剩余寿命，如文献“电站锅炉导汽管可用性评估与剩余寿命分析，华东理工大学，2002”，也有文献报道过基于材料老化因素的综合强度分析方法以及蠕变损伤法计算高压导汽管的残余寿命，如文献“淮南田家庵电厂高压导汽管使用状态评估和寿命评定，全国第六届电站金属构件失效分析与寿命管理学术会议论文集，2000”，但未发现针对汽轮机高压导汽管进行状态评估的报道。

为此，需要寻找一种具有普适性的方法，无需评估人员具有丰富的数学分析基础知识、金属材料基础知识、力学计算知识、寿命评估知识及经验，也无需承担额外的试验费用成本，仅通过获得已有的离线检测数据，便可对汽轮机高压导汽管进行状态评估，从而直接帮助火电厂技术人员制定检修策略。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种汽轮机高压导汽管的状态评估方法，帮助火电厂汽机专业或金属专业人员更好的制定检修策略。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案和本发明的有益效果是：

一种汽轮机高压导汽管的状态评估方法，包括以下步骤；

1)明确评估对象及评估对象的基本信息，评估对象为汽轮机高压导汽管，如汽轮机左侧高压导汽管、汽轮机右侧高压导汽管，基本信息包括设计图纸，设计直径、设计壁厚、设计材质、设计制造资料以及历次检修记录档案；

2)明确评估对象所处全运行寿命周期的前期、中期、末期、终末期四个阶段；

3)基于设备关键部位、检测容易操作、检修成本最低、检修计划可控的原则综合考虑，有针对性的从直管、弯头和焊缝选取详细评估点；

4)根据所处全运行寿命周期阶段及在设计制造安装阶段发现缺陷情况，计算基本状态因数；

5)根据评估对象最近三次评估结果的反馈，计算矫正因子；

6)针对选取的评估点，从宏观检验、表面探伤、无损探伤、金相检查、管径检查、椭圆度测量、硬度检查、壁厚测量中选择合适的项目制定离线检测方案并实施；

7)获取离线检测状态参数结果；

8)对选取的直管、弯头和焊缝评估点进行状态评估；

9)综合所有评估点的状态评估结果，对评估对象进行状态评估；

10)评估对象的状态，为下一次评估反馈，用于计算矫正因子。

所述步骤2)具体操作步骤为：

明确评估对象处于全运行寿命周期具体阶段，所述前期阶段为(0,0.1L

所述步骤3)具体操作步骤为：

基于设备关键部位、检测容易操作、检修成本最低、检修计划可控等原则综合考虑，有针对性的确定评估点，将评估点分为三类：直管、弯头和焊缝，分别以下角标st、et和wb区分。

所述步骤4)中计算基本状态因数的具体操作步骤为：

基于步骤2)明确的评估对象所处全运行寿命周期阶段，并结合在设计制造安装阶段发现缺陷情况，根据式(1)确定基本状态因数C

C

式中，参数α和S的取值，根据步骤1)收集的基本信息，从下表中查找；

所述步骤5)中计算矫正因子的具体操作步骤为：

基于评估对象最近三次评估结果的反馈，根据式(2)确定矫正因子C

式中，参数δ为评估对象运行时间(单位：年)；

而C

所述步骤6)具体操作步骤为：

针对步骤3)确定的评估点，从宏观检验、表面探伤、无损探伤、金相检查、管径检查、椭圆度测量、硬度检查、壁厚测量中选择可执行的项目制定离线检测方案并实施。

所述步骤7)具体的操作步骤为：

根据步骤6)确定的离线检测项目，获取评估点的各项离线检测状态参数结果，并将其分为评级类和测量类两类。

将宏观检验、表面探伤、无损探伤、金相检查四种离线检测项目对应的状态参数统称为评级类状态参数，其状态参数和权重分别用CP

将管径检查、椭圆度测量、硬度检查、壁厚测量四种离线检测项目对应的状态参数统称为评级类状态参数，其状态参数和权重分别用CP

所述步骤8)具体操作步骤为：

依据步骤7)获取的离线检测状态参数结果，对单个评估点进行状态评估，定义单个评估点的状态为C

评估点的状态C

所述式(3)中两类状态参数的权重W

所述步骤9)中具体操作步骤为：

对步骤8)得到的所有评估点，按照直管、弯头和焊缝的分类(下角标分别是st、et和wb)进行统计，统计直管评估点数量x、弯头评估点数量y和焊缝评估点数量z，然后对评估对象进行整体评估，最终状态值的评估模型如式(13)所示。

评估对象的状态C值为0，则认为评估对象的状态最佳，当C值从0向1变化时，评估对象的状态逐渐变差；当C值大于0.8时，评估对象状态较差，有不少的评估点状态不佳，特别是处于全运行寿命周期的末期和终末期阶段时，如果连续三次评估，评估对象的状态C值均大于0.8，也印证了评估对象状态较差，企业应做好评估对象整体更换的准备。

所述步骤10)中具体操作步骤为：

步骤9)得到的评估对象的状态评估结果，为下一次评估反馈用于计算步骤5)的矫正因子。

所述的步骤7)中评级类状态参数：宏观状态参数CP

所述的步骤7)中评级类状态参数：表面状态参数CP

所述的步骤7)中评级类状态参数：无损状态参数CP

所述的步骤7)中评级类状态参数：组织状态参数CP

所述的步骤7)中测量类状态参数：管径状态参数CP

式(9)中，D

所述的步骤7)中测量类状态参数：椭圆度状态参数CP

式(10)中，D

其中，R为弯曲半径，单位为mm；D

所述的步骤7)中测量类状态参数：硬度状态参数CP

式(11)中的硬度为布氏硬度，HB

所述的步骤7)中测量类状态参数：壁厚状态参数CP

式(12)中，d

本发明的有益效果：

本发明无需评估人员具有丰富的金属材料基础知识、力学计算知识、寿命评估知识及经验，也无需承担额外的试验费用成本，基于针对汽轮机高压导汽管的常规金属检验数据，通过基本状态因数和矫正因子的修正，对汽轮机高压导汽管进行状态评估，从而直接帮助火电厂技术人员制定下次检修策略，如果连续三次评估，汽轮机高压导汽管的状态值逐渐变大、状态越来越差，企业应做好评估对象整体更换的准备。

采用以上技术方案评估得到汽轮机高压导汽管的状态，不但能够帮助火电厂技术人员了解汽轮机高压导汽管的实际状态，且可通过针对同一评估点多次状态评估结果预测其状态的变化趋势，也可综合所有评估点的状态结果对汽轮机高压导汽管整体的状态进行评估，对制定检修计划及更换策略具有重要意义。

附图说明

图1是本发明状态评估流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和两个具体的实施案例对本发明作进一步的描述。

以某300MW亚临界机组汽轮机高压缸导汽管于2019年12月A级检修的结果为例，按照此发明方法实施状态评估：

1)明确评估对象为：汽轮机高压缸导汽管。基本信息：设计直径和壁厚：Φ413.8×69.6mm，设计材质P22，弯曲半径1050mm。

汽轮机高压缸导汽管在设计制造阶段无异常，运行期间没有更换及维护记录，最近3次状态评估结果均分别为：较好、一般、一般。

2)汽轮机高压缸导汽管已经运行27.5年，处于全运行寿命周期的终末期阶段。

3)考虑近三次检修情况，选取4个直管评估点，2个弯头评估点，4个焊缝评估点。

4)汽轮机高压缸导汽管处于全运行寿命周期的终末期阶段，参数α取5，在设计制造安装时有少量异常，但不影响正常使用，S取0.01，计算基本状态因子值为0.05。

5)汽轮机高压缸导汽管最近3次状态评估结果：较好、一般、较差，计算矫正因子值为0.117；

6)针对汽轮机高压缸导汽管选取的评估点，选择宏观检验、表面探伤、无损探伤、金相检查、管径检查、硬度检查和壁厚测量项目，制定离线检测方案并实施；

7)获取汽轮机高压缸导汽管离线检测状态参数结果，如下所示；

8)对汽轮机高压导汽管选取的4个直管评估点、2个弯头评估点、4个焊缝评估点进行状态评估，如下所示：

9)综合所有评估点的状态评估结果，对评估对象进行状态评估，评估的高压导汽管状态值为0.72，较最近1次状态评估值0.69相比，其状态有变差趋势，应做好对高压导汽管的实时状态监测。

10)最终，将高压导汽管的状态评估结果归档，为下一次评估反馈，用于计算矫正因子。

以某600MW超临界机组汽轮机左侧高压上缸导汽管和右侧高压上缸导汽管于2020年10月A-修的结果为例，按照此发明方法实施状态评估：

1)明确评估对象为：汽轮机左侧高压导汽管和汽轮机右侧高压导汽管。

汽轮机左侧高压导汽管、汽轮机右侧高压导汽管左右对称分布，基本信息基本一致，设计直径和壁厚：392.2mm×65.9mm，设计材质P122，弯曲半径1450mm。

汽轮机左侧高压导汽管、汽轮机右侧高压导汽管在设计制造阶段无异常，运行期间没有更换及维护记录，最近3次状态评估结果均分别为：一般、较差、较差。

2)汽轮机左侧高压导汽管、汽轮机右侧高压导汽管已经运行25年，处于全运行寿命周期的末期阶段。

3)考虑近三次检修情况，针对每根导汽管，在直管的上中下部位选取3个直管评估点，在上弯头部位选取1个弯头评估点，在弯头与直管焊缝部位选取2个焊缝评估点。

4)汽轮机左侧高压导汽管、汽轮机右侧高压导汽管处于全运行寿命周期的末期阶段，参数α取2，在设计制造安装时未发现任何异常S取0，计算基本状态因数值均为0。

5)汽轮机左侧高压导汽管、汽轮机右侧高压导汽管最近3次状态评估结果：一般、较差、较差，计算矫正因子值均为0.21；

6)针对汽轮机左侧高压导汽管、汽轮机右侧高压导汽管选取的评估点，选择宏观检验、表面探伤、无损探伤、金相检查、管径检查、椭圆度测量、硬度检查、壁厚测量项目，制定离线检测方案并实施；

7)获取汽轮机左侧高压导汽管、汽轮机右侧高压导汽管离线检测状态参数结果，如下所示；

8)对汽轮机左侧高压导汽管、汽轮机右侧高压导汽管选取的直管、弯头和焊缝评估点进行状态评估，如下所示：

9)综合所有评估点的状态评估结果，对评估对象进行状态评估。

左侧高压上缸导汽管状态评估值已达到临界限值1.00，建议直接更换。

右侧高压上缸导汽管，虽未达到临界限值，但弯头与直管焊缝评估点状态较差，应及时处理。

10)最终，将右侧高压上缸导汽管的状态评估结果归档，为下一次评估反馈，用于计算矫正因子。而左侧高压上缸导汽管因更换新管，下次评估时，重新开始计算，无需矫正。