高溫生產設備或部件缺陷的安全性評價方法技術

本發明專利技術公開了一種高溫生產設備或部件缺陷的安全性評價方法，包括獲得生產設備或部件的材料在特定溫度下的蠕變應變－時間曲線，并基于蠕變應變－時間曲線建立對應于特定時間的等時應力應變曲線；建立與時間相關的失效評定曲線圖：計算確定反映部件發生斷裂失效程度的參數Ｋｒ，以及用于確定反映構件發生極限載荷失效程度的參量Ｌ↓［ｒ］，最后將上述得到的參量（Ｋ↓［ｒ］，Ｌ↓［ｒ］）作為狀態點放在失效評定圖中進行比較，以確定失效評定點并判定是否安全。本發明專利技術提供的技術方法可用于高溫生產設備或部件的制造及使用過程中缺陷的安全性分析，避免不必要的維修和保費，進而提高高溫生產設備檢修計劃制定的合理性。

Safety evaluation method for defects of equipment or parts for high temperature production

The invention discloses a safety evaluation of a high temperature production equipment or component defect method, including creep strain time curves obtained production equipment or parts of the material at a specific temperature, stress-strain curve and creep strain time curve based on the corresponding to the specific time when establishing; time dependent failure assessment graph: the calculation to determine the parameters of the Kr components reflect the failure degree, and for determining the limit load reflect component failure degree of the parameters of L: R, and the obtained parameters (K: R, L: R) as a state on the failure assessment diagram and comparison. In order to determine the failure point and determine whether the safety assessment. Technical method provided by the invention can be used to analyze the safety defects in the manufacture and use of the process in the production of high temperature equipment or parts, avoid unnecessary maintenance and premium, and improve the rationality of production of high temperature equipment maintenance plan.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于安全工程
，具體涉及一種高溫生產設備或部件缺陷的安全性評 價方法，尤其是鑒別高溫環境下使用的生產設備或部件在發現缺陷后是否發生蠕變斷裂 失效的方法，適用于高溫生產設備的安全管理與控制。
技術介紹
壓力容器、汽輪機、鍋爐、蒸汽管道等運行在高溫環境下的設備在服役和制造過程 中不可避免的會產生缺陷，蠕變變形和蠕變損傷是導致其失效的主要因素之一，因而如 何評價、鑒別這一類設備能否發生蠕變失效破壞，對保證安全生產具有重要意義。對于 常溫環境下設備缺陷的安全性評價，目前己專利技術建立了多個方法可提供保證，包括COD 曲線法，應力強度因子法和J判據方法，以及更先進的雙判據失效評定圖法(R6方法)， 但這些方法均不能使用于高溫蠕變斷裂機制下的評定。目前針對高溫設備蠕變失效的問題己發展了多種評定方法，如英國的R5和法國的 A16等，但這些方法均是建立在相對嚴格的高溫斷裂力學基礎上，評定過程復雜、繁瑣， 需要專業的斷裂力學知識和力學計算。這種代價較高的評定方法對于需要絕對保證安全 的核設備來說是可行的，而且是必要的。但石油化工等過程工業中設備的安全性要求低 于核容器，其缺陷評定原則是"合乎使用"和"最薄弱環節"，并且這些設備大多由普通的工程技術人員檢修維護，如果要求他們使用專業性很強的Cf參量或(Td方法來判定設備缺陷的安全性，有一定的難度，而且不現實。已有多個專利技術可用于解決設備安全性評定的問題，如專利CN1614294A "壓力 容器疲勞壽命安全預測方法"提出了J積分的裂紋臨界尺寸評價方法，但只能用于常溫 下發生疲勞破壞的設備。專利CN1477383A "高溫部件蠕變壽命的測試方法"提供了一 個考慮高溫老化因素的蠕變壽命預測方法，但沒有考慮預先裂紋存在的影響，因而不適 用于裂紋引起破壞的安全性評價。其它專利如CN101038248A "—種汽輪機高溫部件蠕 變壽命的預測方法及系統"、CN86103018A"確定渦輪部件剩余有效壽命的方法"以及 CN1908974A "—種汽輪機高溫耐用件日歷壽命在線評定及預測方法"等均是針對運行 汽輪機部件的壽命及安全問題，基于損傷理論建立的預測方法，沒有考慮蠕變斷裂和裂 紋因素，因而不能處理工程上檢測發現缺陷的評價。但實踐中結構發生裂紋等缺陷不可 避免，簡單停車維修和報廢均會造成不必要的浪費，并直接導致設備可靠性降低的后果。
技術實現思路
針對現有技術中存在的問題，本專利技術的目的在于提供一種高溫生產設備或部件發現 缺陷后的簡捷安全性評價方法。本專利技術的用于預測高溫生產設備或部件發現缺陷后的蠕變斷裂失效的安全性評價 方法，包括以下步驟一、 獲得生產設備或部件的材料在特定溫度下的蠕變應變一時間曲線，并基于蠕變 應變一時間曲線建立對應于特定時間的應力應變曲線，即等時應力應變曲線；二、 建立與時間相關的失效評定曲線圖-首先通過自變量丄r獲得不同的參考應力G"ref = ^a。T2 ，其中指等時應力應變曲線 上對應于0.2%非彈性應變的應力；然后在所建立的等時應力應變曲線上得到對應于參考應力(Tref的參考應變&f ，根據 以下公式建立與時間相關的失效評定圖<formula>formula see original document page 5</formula>式中五為楊氏模量；Sref為對應于參考應力C^f =^^12時由等時應力應變曲線確定的總應變，其中O", 指等時應力應變曲線上對應于0.2%非彈性應變的應力；iV"ax通過ZT-^/《2確定，其中，C7fT指高溫流變應力，可通過f = l/2(C70r2+CTr) 計算， 為材料的蠕變破斷應力；三、通過式a; = k//^at計算確定反映部件發生斷裂失效程度的參數尺r，其中夂"是材料的蠕變韌性，通過以下公式計算-<formula>formula see original document page 5</formula>式中A為試件的凈厚度； 『為試件寬度；4為蠕變裂紋擴展量等于Aa時試驗中測得的加載點位移； F為施加的載荷；;7為試樣幾何尺寸的校準因子，對于CT試樣，；;=2 + 0.522(1-^是彈性應力強度因子；四、 通過式A :F/《("，cr2)計算用于確定反映構件發生極限載荷失效程度的參量丄r，式中尸^，(7\2)是結構的極限載荷，fl為裂紋尺寸；五、 將上述得到的參量(Kr,Lr)作為狀態點放在失效評定圖中進行比較的步驟，若 含缺陷結構的狀態點落到失效評定曲線下方的安全區內，則可判定為當前設備不會發生 蠕變斷裂失效；若結構的狀態點落到失效評定曲線的上方，則表明不能排除發生蠕變失 效的可能性，需進一步維護和監控。本專利技術的高溫生產設備缺陷的安全性評價方法所建立的失效評定曲線為時間的函 數，隨著時間增長，失效評定圖所定義的安全區域降低，能夠合理反映高溫蠕變機制的 影響，克服了彈塑性失效機制下評定方法的不足。與現有預測技術相比，本專利技術的高溫生產設備缺陷的安全性評價方法不僅快速便 捷，而且，含缺陷結構的安全與否可通過比較狀態點在失效評定圖的位置直觀獲得，不 需要復雜的高溫蠕變斷裂分析，只需簡單計算應力強度因子和極限載荷即可完成，從而 可以有效減少工作量以及對操作人員專業知識的要求。附圖說明圖l是由標準蠕變拉伸試驗數據獲得蠕變應變一時間曲線以及基于蠕變應變一時間曲線獲得等時應力應變曲線的示意圖。圖2是根據本專利技術實施例確定的不銹鋼在特定溫度下的與時間相關的失效評定圖。 圖3是本專利技術實施例中試驗獲得蠕變韌性由允許裂紋擴展量確定允許加載線位移的歩驟。圖4是本專利技術實施例中某反應器器壁上發現的裂紋缺陷簡化后的形狀示意圖。 圖5是本專利技術實施例中建立的與時間相關的失效評定圖和狀態評定點。具體實施例方式本專利技術提供了一種高溫生產設備或部件發現缺陷后的安全性評價方法，以避免發生 蠕變斷裂失效，具體包括以下步驟一、 獲得生產設備或部件的材料在特定溫度下的蠕變應變一時間曲線，進而按照圖 l所示的方法，基于蠕變應變一時間曲線建立對應于特定時間的應力應變曲線，即等時 應力應變曲線；二、 建立與時間相關的失效評定曲線圖首先通過自變量"獲得不同的參考應力CTref = Z"。T2 ，其中0"2指等時應力應變曲線 上對應于0.2%非彈性應變的應力；然后在所建立的等時應力應變曲線上得到對應于參考應力CJref的參考應變Sref ，根據 以下公式建立與時間相關的失效評定圖(圖2):<formula>formula see original document page 7</formula>式中五為楊氏模量；^f為對應于參考應力CTref =^^2時由等時應力應變曲線確定的總應變，其中C7" 指等時應力應變曲線上對應于0.2%非彈性應變的應力；^隨通過丄r、^/《2確定，其中，^指高溫流變應力，通過式5 = 1/2 + ) 計算，'CTr為材料的蠕變破斷應力；三、通過式/;=尺/《i計算確定反映部件發生斷裂失效程度的參數Kr，其中a:乙是材料的蠕變韌性，是服役時間的函數，通過以下公式計算<formula>formula see original doc本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高溫生產設備或部件缺陷的安全性評價方法，其特征在于包括以下步驟：一、獲得生產設備或部件的材料在特定溫度下的蠕變應變－時間曲線，并基于蠕變應變－時間曲線建立對應于特定時間的應力應變曲線，即等時應力應變曲線；二、建立與時間相 關的失效評定曲線圖：首先通過自變量Ｌ↓［ｒ］獲得不同的參考應力σ↓［ｒｅｆ］＝Ｌ↓［ｒ］σ↓［０．２］↑［Ｔ］，其中σ↓［０．２］↑［Ｔ］指等時應力應變曲線上對應于０．２％非彈性應變的應力；然后在所建立的等時應力應變曲線上得 到對應于參考應力σ↓［ｒｅｆ］的參考應變ε↓［ｒｅｆ］，根據以下公式建立與時間相關的失效評定圖：ｆ（Ｌ↓［ｒ］）＝［Ｅε↓［ｒｅｆ］／Ｌ↓［ｒ］σ↓［０．２］↑［Ｔ］＋Ｌ↓［ｒ］↑［３］σ↓［０．２］↑［Ｔ］／２Ｅε↓［ｒｅｆ］］↑ ［－１／２］Ｌ↓［ｒ］≤Ｌ↓［ｒ］↑［ｍａｘ］ｆ（Ｌ↓［ｒ］）＝０，Ｌ↓［ｒ］＞Ｌ↓［ｒ］↑［ｍａｘ］式中：Ｅ為楊氏模量；ε↓［ｒｅｆ］為對應于參考應力σ↓［ｒｅｆ］＝Ｌ↓［ｒ］σ↓［０．２］↑［Ｔ］時由 等時應力應變曲線確定的總應變，其中σ↓［０．２］↑［Ｔ］指等時應力應變曲線上對應于０．２％非彈性應變的應力；Ｌ↓［ｒ］↑［ｍａｘ］通過Ｌ↓［ｒ］↑［ｍａｘ］＝σ↓［ｆ］↑［Ｔ］／σ↓［０．２］↑［Ｔ］確定，其中，σ↓［ｆ］↑［Ｔ］指 高溫流變應力，可通過＊＝１／２（σ↓［０．２］↑［Ｔ］＋σ↓［ｒ］）計算，σ↓［ｒ］為材料的蠕變破斷應力；三、通過式Ｋ↓［ｒ］＝Ｋ／Ｋ↓［ｍａｔ］↑［ｃ］計算確定反映部件發生斷裂失效程度的參數Ｋｒ，其中Ｋ↓［ｍａｔ］↑［ｃ］是材料的 蠕變韌性，通過以下公式計算：Ｋ↓［ｍａｔ］↑［ｃ］＝［Ｋ↓［Ｉ］↑［２］＋ＥＦ△↓［ｃ］／Ｂ↓［ｎ］（Ｗ－ａ↓［ｏ］）（１－ｖ↑［２］）η］↑［１／２］式中：Ｂ↓［ｎ］為試件的凈厚度；Ｗ為試件寬度；△ ↓［ｃ］為蠕變裂紋擴展量等于△ａ時試驗中測得的加載點位移；Ｆ為施加的載荷；η為試樣幾何尺寸的校準因子，對于ＣＴ試樣，η＝２＋０．５２２（１－ａ／Ｗ）；Ｋ↓［Ｉ］是彈性應力強度因子；四、通過式Ｌ↓［ｒ］＝Ｆ／Ｆ ↓［Ｌ］（ａ，σ↓［０．２］↑［Ｔ］）計算用于確定反映構件發生極限載荷失效程度的參量Ｌ↓［ｒ］，式中Ｆ↓［Ｌ］（ａ，σ↑［Ｔ］...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：軒福貞，涂善東，王正東，
申請(專利權)人：華東理工大學，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]