[发明专利]一种高温管道损伤及寿命的在线预测方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及高温构件的寿命预测领域，涉及一种基于应变测量的寿命预 测技术，可用于实时监测高温管道的损伤情况及剩余寿命。

【背景技术】

电力工业是关系国计民生的重要行业。火电机组是电厂的重要组成部分， 它的使用寿命与电厂运行的经济性和安全性密切相关。高温高压管线尤其是 主蒸汽管道的设计寿命是普遍关心的重要问题。长期工作在高温高压下的主 蒸汽管道材料，在温度和应力作用下，材料的显微结构、力学性能、耐热性 能、物理性能都会缓慢地变化。材料在使用过程中出现的老化现象，实质上 是蠕变损伤积累和材质劣化，并最终在应力作用下开裂失效的现象。

对于高温高压管线寿命预测技术，特别是热电厂中的主蒸汽管道的寿命 设计与预测，国内外的科研机构和生产单位开展了大量的研究工作，积累了 一些有意义的研究成果。目前国内外预测主蒸汽管的使用寿命的研究基本都 是取样进行实验分析，基于不同的模型或方法离线进行剩余寿命预测。

预测主蒸汽管道寿命的外推方法多种多样，早期的外推方法主要采用等 温线外推法，这种方法精度低，试验时间较长。到了20世纪50年代，出现 了外推精度较高的时间-温度参数外推法，其中以Larson-Miller公式最为 著名。近年来，主蒸汽管道寿命预测方法已由持久强度为主要指标的传统方 法转向以蠕变变形量为主要指标的θ法、由θ法发展而来的C射影法以及 蠕变曲线逐步外推法。

另外，以持久强度试验为主的综合分析法一直被人们用来预测主蒸汽管 道的寿命。基于可靠性的寿命评估方法和蠕变损伤及裂纹扩展的寿命评估方 法也是近年来人们提出的预测主蒸汽管道寿命的新方法。

在国内，已有多项专利技术用于研究高温部件寿命预测的问题，如中国 专利CN03134314.7“高温部件蠕变寿命的测试方法”、CN200610048003.8 “高温构件材料的寿命及寿命消耗的预测方法”、CN200710013519.3“高温 炉管剩余寿命评估方法及装置”、CN200710039899.8“一种汽轮机高温部件 蠕变寿命的预测方法及系统”等多是利用温度、压力等参数间接地算出应力 及应变，进而推算出寿命，其精度难于保证；或者是截取部分材料进行持久 性试验数据分析，外推其服役寿命，不能用于在线监测。

【发明内容】

本发明的目的在于弥补现有技术的不足，提出一种直接基于应变测量的 方法，可应用于在线监测系统的高温管道损伤及寿命的预测，实现对管道损 伤及寿命的在线实时评价和预测。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种高温管道损伤及在线寿命的预测方法，其特征是，利用测量得到的 应变，结合有限元分析，预测高温管道的损伤及在线寿命，其实施步骤包括：

(1)对高温管道进行损伤耦合的有限元模拟分析；

(2)根据有限元分析结果，找出重点监测部位，对重点监测部位设置传 感器，监测其应变；

(3)针对不同载荷工况，进行有限元分析，建立损伤-应变及剩余寿命- 应变的关系数据库；

(4)将在线监测的应变值和载荷工况的数值，与损伤-应变及剩余寿命- 应变数据库的数据进行在线查询对比，得出相应损伤和剩余寿命的评估值。

在步骤(1)中，采用UG建立管道的几何模型，并导入有限元分析软件 中，选用管单元分析管线的轴向位移、应变和应力，同时得到管道的周向应 力；管单元在保证足够的精度要求的同时，可减少大量的计算时间(相对于 常用的实体单元和壳单元)，从而为大规模管线应力的分析提供了实际的操作 性。

步骤(3)中所述的有限元分析，包含以基于连续损伤力学的本构方程为 准则编制的含损伤计算的有限元分析子程序，通过对高温管道进行大规模的 有限元模拟计算，反演出应变-损伤关系和应变-剩余寿命的关系。

在步骤(4)中分析应变、温度、压力等现场数据，在损伤-应变和寿命- 应变数据库中检索相应的应变所对应的损伤和剩余寿命，或者根据温度压力 的变化分析损伤累积；利用WEB服务器响应终端用户的查询请求，并将应用 服务器的处理结果生成相应的表单和参数曲线，通过Internet网页的形式发 布；经过授权的用户可通过Internet浏览器实时查询管线的损伤状况和剩余 寿命。