一种适用于含软区P91管道蠕变监督的结构和评价方法与流程

本发明属于电厂含软区p91管道的蠕变监督，特别是涉及一种适用于含软区p91管道蠕变监督的结构和评价方法。

背景技术：

1、随着我国火力发电事业的迅速发展，大容量、高参数、高效率的超(超)临界火电机组逐渐成为火电设备发展的主流，这就对电站金属材料的性能(高温蠕变性能、持久性能和抗氧化性能)提出了更为苛刻的要求。其中，p91钢具有优异的高温性能，在593℃/10万h条件下持久强度可达100mpa，目前已广泛应用于温度高于566℃的主蒸汽管道、再热蒸汽管道及其旁路、高温联箱等高温部件。

2、然而在对p91材料的检验过程中，发现很多电厂的p91管道运行时间远未到达寿命末期，有的机组刚投产几千小时甚至尚未投产，就已出现了低硬度现象，同时也发现这种低硬度现象又分为环向整体硬度低和环向局部硬度低两种情况，对于环向整体低硬度管道来说，按照dl/t654和dl/t940开展寿命评估工作即可，方法简单易行，但是对于环向局部低硬度管道，受低硬度区域尺寸、形状等因素的影响，其应力分布情况比较复杂，难以对其进行准确地安全性评价和寿命评估。

3、早在2011年，美国电力研究研究协会(epri)在技术报告《effect of soft-zoneon the creep performance of grade 91》中对p91管道的局部低硬度现象进行了深入分析，并提出了软区(soft-zone)的概念，顾名思义，软区即低硬度区域，通过对局部软区部位的应力重新分布情况进行有限元分析，可知软区的稳态应力水平总是低于周围正常区域的稳态应力水平，软区的蠕变应力相对较低，是由于蠕变应力从软区向周围正常材料重新分布的结果，而且，局部的软区不会直接导致管件报废，应考虑软区的尺寸、形状、方向以及管件中的应力条件，局部软区可能受到周围正常91材料的约束，其蠕变性能仍可提供长寿命，含有部分软区的管道寿命比全部软区的管道寿命长，而比全部正常硬度的管道寿命短得多，含有大量软区的管件将比含有少量软区区域的管件具有更短的蠕变寿命。近些年来，国内部分学者也对p91管道的局部低硬度现象进行了大量研究，得到了类似结论。

4、在现有技术中，电厂一般按照dl/t441《火力发电厂高温高压蒸汽管道蠕变监督规程》，通过在管道上均匀设置蠕变测点获得管道服役期间的蠕变应变数据，进而对管道开展蠕变监督评价，但是测量结果代表的是管道整个环向截面的平均蠕变应变，无法反映蠕变性能最差的软区的蠕变应变情况，所以这种现有的监督测量方式没有针对性。目前，很多电厂在检验检测过程中发现p91管道存在局部软区的问题时，往往难以定夺，有的电厂采取直接割管更换的方式，有的电厂采取加强监督运行的方式。根据上述对低硬度p91的研究结论，割管更换可能并不是最佳选择，有可能造成管材的浪费及发电的损失，很多情况可能更适合采取加强监督运行，目前电厂采取加强监督运行的措施和方案比较固定，即利用检修时机对软区部位进行硬度和金相组织的检验，观察其硬度及微观组织的变化趋势。实际上，通过硬度检验和金相检验的手段进行监督仍存在一定的局限性，这表现在两个方面，其一，硬度检验和金相检验虽然在狭义概念上属于无损检验，但仍属于有损检验的范畴，因为每次检验都会造成管道壁厚的减薄，减薄至少约2mm，尤其在同一位置，随着检验次数的增加，壁厚减薄效果更佳明显，这对于受监督部件来说，其安全性能和剩余寿命将会受到很大影响；其二，仅凭现场硬度检验和金相检验结果很难确定管道的安全运行状态，更难以开展寿命预测，支撑数据过于单薄。

5、综上所述，对于局部含软区的p91管道，软区作为管道的一个弧形区域，难以通过传统的蠕变测点进行蠕变应变测量，因此，如何通过蠕变应变测量实现对软区的蠕变监督评价或寿命预测是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种适用于含软区p91管道蠕变监督的结构和评价方法，能够在蠕变性能最差的软区开展蠕变监督，监督对象更具针对性，可以准确反映管道软区的蠕变应变规律，无需频繁地进行硬度检验、金相检验等有损检测，不会对管道产生任何损伤，同时还可以为管道的监督评价和寿命评估提供更多的数据支撑。

2、本发明提供的一种适用于含软区p91管道蠕变监督的结构包括固定安装在含软区p91管道外壁的多个蠕变监督测点，所述蠕变监督测点包括叠在一起的蠕变监督测点上层和蠕变监督测点下层，其中，至少一个所述蠕变监督测点位于所述p91管道上的软区。

3、优选的，在上述适用于含软区p91管道蠕变监督的结构中，所述蠕变监督测点上层的材质为不锈钢，所述蠕变监督测点下层的材质为p91。

4、优选的，在上述适用于含软区p91管道蠕变监督的结构中，所述蠕变监督测点上层和所述蠕变监督测点下层之间利用焊接方式进行连接固定。

5、优选的，在上述适用于含软区p91管道蠕变监督的结构中，所述蠕变监督测点下层利用焊接方式固定安装在所述含软区p91管道的外壁。

6、优选的，在上述适用于含软区p91管道蠕变监督的结构中，所述蠕变监督测点的整体形状为长方体。

7、优选的，在上述适用于含软区p91管道蠕变监督的结构中，所述蠕变监督测点分布在所述含软区p91管道的两个截面上；

8、其中，第一截面位于软区位置且设置有6个所述蠕变监督测点，所述软区的中心位置设置1个所述蠕变监督测点且所述软区两侧边缘位置均各自设置1个所述蠕变监督测点，所述第一截面的正常区设置3个所述蠕变监督测点；

9、第二截面全部位于正常区位置且设置6个所述蠕变监督测点，且在圆周上的位置均与所述第一截面上的相应的所述蠕变监督测点的连线与所述含软区p91管道的轴向平行。

10、优选的，在上述适用于含软区p91管道蠕变监督的结构中，所述第一截面的正常区的3个蠕变监督测点与所述软区内的3个蠕变监督测点的位置相对于所述含软区p91管道的圆心呈中心对称。

11、优选的，在上述适用于含软区p91管道蠕变监督的结构中，所述第一截面和所述第二截面之间的垂直距离范围为1000mm至1500mm。

12、本发明提供的一种适用于含软区p91管道蠕变监督的评价方法，利用如上面任一项所述的适用于含软区p91管道蠕变监督的结构，包括：

13、将所述蠕变监督测点固定安装在含软区p91管道的外壁，其中，至少一个所述蠕变监督测点固定安装于所述p91管道上的软区截面上，且至少一个所述蠕变监督测点固定于所述p91管道上的正常区截面上；

14、当机组停机时，测量位于所述软区截面上的蠕变监督测点的第一蠕变应变值和位于所述正常区截面上的蠕变监督测点的第二蠕变应变值；

15、当机组运行预设时间后，测量位于所述软区截面上的蠕变监督测点的第三蠕变应变值和位于所述正常区截面上的蠕变监督测点的第四蠕变应变值；

16、根据所述第一蠕变应变值、所述第二蠕变应变值、所述第三蠕变应变值、所述第四蠕变应变值和所述预设时间计算软区的第一相对蠕变应变和第一相对蠕变应变速度，以及正常区的第二相对蠕变应变和第二相对蠕变应变速度；

17、根据软区的所述第一相对蠕变应变和所述第一相对蠕变应变速度，对管道软区部位进行蠕变监督评价。

18、优选的，在上述适用于含软区p91管道蠕变监督的评价方法中，还包括：

19、根据所述第一相对蠕变应变速度和所述第二相对蠕变应变速度计算软区的蠕变寿命剩余率和蠕变寿命损耗率；

20、根据所述软区的所述蠕变寿命剩余率和所述蠕变寿命损耗率对所述含软区p91管道进行寿命评估。

21、通过上述描述可知，本发明提供的上述适用于含软区p91管道蠕变监督的结构，由于包括固定安装在含软区p91管道外壁的多个蠕变监督测点，所述蠕变监督测点包括叠在一起的蠕变监督测点上层和蠕变监督测点下层，其中，至少一个所述蠕变监督测点位于所述p91管道上的软区，因此能够在蠕变性能最差的软区开展蠕变监督，监督对象更具针对性，可以准确反映管道软区的蠕变应变规律，无需频繁地进行硬度检验、金相检验等有损检测，不会对管道产生任何损伤，同时还可以为管道的监督评价和寿命评估提供更多的数据支撑。本发明提供的上述适用于含软区p91管道蠕变监督的方法，具有与上述结构相同的优点。