GB/T 30580-2014 电站锅炉主要承压部件寿命评估技术导则

ICS27.060.01

J98OB

中华人民共和国国彖标准

GB/T30580—2014

电站锅炉主要承压部件寿命

评估技术导则

Thetechnicalguideforthelifeassessmentofmain

pressurepartsofpowerplantboiler

2014-05-06发布2014-12-01实施

GB/T30580—2014

目次

前言m

i范围1

2规范性引用文件1

3术语和定义1

4缩略语2

5寿命评估前期准备2

6寿命评估的条件4

7寿命评估的程序和步骤4

8不同损伤模式下寿命评估推荐的方法6

9寿命评估报告18

附录A（资料性附录）电站锅炉承压部件的主要损伤模式19

附录B（资料性附录）电站锅炉常用耐热钢在不同状态下的k.m值20

附录C（资料性附录）电站锅炉常用耐热钢的低周疲劳参数23

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GB/T30580—2014

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刖吕

本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。

本标准由全国锅炉压力容器标准化技术委员会(SAC/TC262)提出并归口。

本标准起草单位：中国特种设备检测研究院、上海发电设备成套设计研究院、苏州热工研究院有限

公司、上海交通大学、西安热工研究院有限公司、神华国华(北京)电力研究院有限公司、江苏省特种设备

安全监督检验研究院、西安交通大学。

本标准主要起草人员：窦文宇、史进渊、赵彦芬、李余德、蔡晖、郭元亮、汪勇、任爱、钱公、陈新中、

李立人、梁军、张路、王笑梅、梁国安、廖晓炜、赵钦新、吾之英’

m

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电站锅炉主要承压部件寿命

评估技术导则

1范围

1.1本标准规定了电站锅炉主要承压部件进行寿命评估的基本原则，提出了寿命评估的基本步骤，推

荐了在不同损伤模式下常用的寿命评估方法。

1.2本标准中电站锅炉主要承压部件包括：

a）炉内承压部件:水冷壁、省煤器、过热器、再热器；

b）炉外承压部件:锅筒、汽水分离器、集箱；

c）汽水管道：主蒸汽管道、再热蒸汽管道、给水管道、导汽管。

1.3本标准中所列出的电站锅炉承压部件的寿命评估方法仅针对蠕变、疲劳、疲劳-蠕变交互作用、磨

损、烟气侧腐蚀和蠕变、烟气侧腐蚀和磨损共同作用等损伤模式。

1.4本标准不适用于带超标缺陷电站锅炉承压部件的寿命评估。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T2039金属材料单轴拉伸蠕变试验方法

GB/T9222水管锅炉受压元件强度计算

GB/T15248金属材料轴向等辐低循环疲劳试验方法

ASMEBPVC-DI/NH高温使用的1级部件（Boiler&PressurevesselcodeIIIdivision1-subsec-

tionNHclasslcomponentsinelevatedtemperatureservice）

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

疲劳fatigue

材料或部件在循环应力或应变作用下，在某点或某些点逐渐产生局部的累积损伤，经一定循环次数

后形成裂纹或继续扩展直至完全断裂的现象。

3.2

低周疲劳low-cyclefatigue

在局部循环塑性应变作用下，循环周次一般低于10s5次循环的疲劳，也称塑性或应变疲劳。

1

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3.3

蠕变creep

在一定的温度下,金属材料或机械部件在长时间的恒定应力作用下发生缓慢塑性变形的现象。

3.4

持久强度durativestrength

材料在规定的蠕变断裂条件(一定的温度和规定的时间)下保持不失效的最大承载应力。通常以试

样在恒定温度和恒定拉伸载荷下到达规定时间发生断裂时的蠕变断裂应力表示。

3.5

腐蚀corrosion

材料与环境之间的化学或电化学反应。通常按发生部位分为向火侧腐蚀和蒸汽侧/水侧腐蚀，按具

体失效机理的不冋，向火侧腐蚀又分为高温腐蚀和积灰腐蚀，蒸汽侧/水侧腐蚀又分为碱性腐蚀、蒸汽侧

氧化、氢腐蚀、点蚀和应力腐蚀。

3.6

磨损abrasion

由于摩擦而导致的金属表面的损伤。通常分为飞灰/积灰磨损，机械磨损和冲蚀磨损。

3.7

剩余寿命remaininglife或residuallife

承压部件在服役条件下能够保障继续安全运行的时间或疲劳循环次数。

4缩略语

下列缩略语适用于本文件。

CF计算流体力学(ComputationalFluidDynamics)

FEA有限元分析(FiniteElementAnalysis)

NDE/T无损检测(NonDestructiveExamination/Test)

NHT数值传热学(NumericalHeatTransfer)

5寿命评估前期准备

5.1基本资料采集

5.1.1电站锅炉承压部件设计资料包括制造单位信息、炉型、设计依据、部件材料质量证明文件及其力

学性能试验报告、制造工艺文件、结构图纸、强度计算书、管道系统设计资料等。

5.1.2电站锅炉承压部件出厂质量保证书、检验报告或记录等。

5.1.3电站锅炉安装资料，重要安装焊口的丁艺检查资料，主要缺陷的处理记录，高温蒸汽管道安装的

预拉紧记录等。

5.1.4电站锅炉运行资料包括机组投运时间、累计运行小时数等。

5.1.5电站锅炉典型的负荷记录(或代表日负荷曲线)，最大出力及调峰运行方式等。

5.1.6电站锅炉冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动以及滑参数停机、正常停机、事故停机次

数等。

2

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5.1.7电站锅炉历次事故和事故分析报告。

5.1.8电站锅炉运行记录，是否有过长时间的超设计参数（温度、压力等）运行等。

5.1.9电站锅炉历年可靠性统计资料。

5.1.10电站锅炉承压部件维修与更换部件记录。

5.1.11电站锅炉历次检修检查记录，包括部件内外观检查、NDE/T、几何尺寸测定、材料成分分析、金

相检查、硬度测量、蠕胀测量记录、腐蚀状况检查和部件的支吊系统检查记录等。

5.1.12历次定期检验报告。

5.1.13电站锅炉未来的运行计划。

5.2损伤模式

屯站锅炉各承压部件损伤模式见附录A,根据部件的主要损伤模式选择合适的寿命评估方法。

5.3寿命评估所需要的各项数据以及获得方式

5.3.1寿命评估所需材料性能数据

5.3.1.1力学性能包括常温和T作温度下的拉伸与冲击性能、低周疲劳或疲劳-蠕变交互作用特性、脆

性转变温度、硬度、持久强度、蠕变极限等。

5.3.1.2物理性能包括弹性模量、泊松比、线膨胀系数、比热容、热导率等。

5.3.1.3化学性能包括氧化速率、腐蚀速率等。

5.3.1.4微观组织包括球化或老化级别、裂纹、石墨化级別等，对于9Cr〜12Cr钢必要时需增加马氏

体板条、位错及第二相析出等的透镜检查，对于更高Cr含量的钢还需要进行显微组织结构分析。

5.3.2材料性能数据的获得

5.3.2.1在条件许可的情况下，应在部件服役条件最苛刻的部位取样进行相关的材料性能试验。

5.3.2.2若直接在部件上取样有困难，可选用与部件材料牌号相同、T艺相同（保证微观组织和硬度范

围的一致性）的原材料进行试验（至少有一组试验应在与部件工作温度相同的温度下进行）。

5.3.2.3如在短时间内不能取得实际试验数据，可参考相同牌号、相同状态材料已积累的数据的下

限值。

5.3.2.4采用小冲杆微试样法来获得材料性能数据。

5.3.3承压部件高应力危险部位应力分析

5.3.3.1管道受力分析时应依据管道目前的支吊状况及有关管系设计、安装原始资料，对管系进行应力

分析,找出其最大受力部位，并确定其应力水平，尤其是管系中弯头承受的附加应力。

5.3.3.2锅炉锅筒和汽水分离器的应力分析应考虑到承压产生的应力、热应力和弯Ittl应力，此外，还需

考虑筒体角变形、焊缝错边和筒体不圆度引起的应力集中及下降管接管座角焊缝处的应力集中。

5.3.3.3高温管道、三通和集箱主要计算承压产生的应力及热应力，但需考虑接管开孔处的应力集中。

5.3.3.4对结构较为复杂的焊接部件，还应考虑焊接残余应力的影响。

5.3.4应力水平的获得

5.3.4.1按照GB/T9222进行应力计算。

3

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5.3.4.2对复杂结构和复杂应力状态的承压部件，也可采用FEA进行应力分析。

5.3.4.3采用高温应力（应变）测量装置对监测部位进行实际测量。

5.3.5确定承压部件金属壁温的考虑因素

5.3.5.1锅筒、三通、集箱和管道沿壁厚方向温度分布的不均匀性。

5.3.5.2高温集箱沿长度方向温度分布的不均匀性。

5.3.5.3过热器、再热器管子管外烟气速度、温度分布和管内蒸汽速度、温度分布不均匀性。

5.3.6金属壁温的获得

5.3.6.1采用成熟的传热公式进行金属壁温计算。

5.3.6.2在应用合理的数学物理模型的基础上，采用数值分析法（CF、NHT）来确定金属壁温。

5.363通过布置在承压部件外壁的测温装置（如热电偶）直接测量承压部件金属壁温，对炉内过热器、

再热器管,在布置测温装置时必须考虑管子内外壁氧化层对测量精度的影响以及飞灰磨损和烟气腐蚀

而引起的测温装置的脱落或失效。

5.3.6.4采用红外热像仪非接触式测量金属壁温。

6寿命评估的条件

6.1使用单位为保障电站锅炉长周期安全运行，减少承压部件爆漏次数时应进行寿命评估。

6.2已运行30年或20万h（含20万h）以上的电站锅炉应进行寿命评估。

6.3对于曾提高参数（相对于设计参数）运行的电站锅炉，其进行寿命评估的运行时间应适当提前。

6.4对于运行20万h的电站锅炉，若对其有关系统进行过改造，更换了一些一般性部件但未对主要承

压部件进行更换，当继续运行时（包括移地使用）需根据实际情况按要求进行寿命评估T作。

6.5对于规定了各种工况下允许启停次数的电站锅炉，当超过规定的启停循环周次后，应对锅筒、汽水

分离器进行低周疲劳寿命评估。对启停频繁或参数波动较大的锅炉，除应对锅筒、汽水分离器进行低周

疲劳寿命评估外，还应对高温蒸汽管道和集箱进行疲劳-蠕变寿命评估。

6.6主蒸汽管道、再热蒸汽管道（热段）、锅筒、集箱的实测壁厚小于按照GB/T9222计算得到的理论

计算壁厚时。

6.7主蒸汽管道、再热蒸汽管道（热段）、高温集箱存在以下情况之一时，也应进行寿命评估：

a）组织劣化（如球化、石墨化、析出相分布等）程度较为严重时；

b）蠕变相对变形量较大时；

c）蠕变速率较大时。

6.8受热面管子腐蚀、磨损速率较大时。

6.9根据电站锅炉承压部件的检验结果，检验人员和/或使用单位认为有必要进行寿命评估时。

7寿命评估的程序和步骤

7.1通用程序

电站锅炉主要承压部件寿命评估的通用程序见图1所示：

4

GB/T30580—2014

牧JIMUa、承压匍件

图1电站锅炉承压部件寿命评估框图

7.2承压部件寿命的三级评估

7.2.1I级评估：寿命的初步评估。通过审查电站锅炉的设计、制造、安装、运行、历次检修及对主要承

压部件的检验与测试记录、事故情况、更新改造等资料来确定承压部件的寿命。

7.2.2级评估：寿命的较精确评估。当承压部件已运行时间超出I级评估确定的寿命时，应进行H

级评估。这时，需要通过对承压部件进行初步检查、用经验公式计算应力、测量尺寸和运行工况等来取

得n级评估所需要的数据。

7.2.3m级评估:精确评估。当承压部件已运行时间超出if级评估确定的寿命时，应进行in级评估。

这时,需要对承压部件的应力进行FEA或实际测量,并进行取样对材料特性进行测量。

7.2.4上述三级评估具体所需要的资料见表1。

表1三个等级评估所需资料

所需资料T级评估II级评估in级评估

设计、制造和安装资料电厂及制造厂资料电厂及制造厂资料电厂及制造厂资料

运行历程电厂记录电厂记录电厂记录

事故、维修记录电厂记录电厂记录电厂记录

温度和压力设计或实际运行值实际运行或测量值实际运行或测量值

所需资料T级评估II级评估in级评估

运行工况记录或额定检测详细检测

蠕变测量数据检修记录检修记录检修记录

部件几何尺寸设计制造资料测量测量

无损探伤是是是

5

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表1（续）

所需资料T级评估II级评估m级评估

是否取样否否是

现场复型+实验室试验

微观组织否现场复型金相

（不可取样的部件除外）

硬度否是是

试验测定，取最低值

材料特性查阅资料，取最低值查阅资料，取最低值

（不可取样的部件除外）

8不同损伤模式下寿命评估推荐的方法

&1蠕变损伤寿命评估

&1.1等温线外推法（推荐方法）

&1.1.1适用于450匸以上碳钢、合金钢的受热面管、管道及联箱的蠕变寿命评估。在使用中，必须与

部件材料的微观组织的老化特征结合起来进行寿命评估。

&1.1.2选择与部件T作温度相同的温度，按GB/T2039进行材料的持久断裂试验。

&1.1.3利用式（1）对试验数据应力-断裂时间用最小二乘法进行拟合，作出如图2所示的材料持久强

度曲线：

<7=怡（/「）"'（1）

式中：

a——试样加载的应力水平，单位为兆帕（MPa）；

ir——断裂时间，单位为小时（h）；

k、m由试验确定的材料常数。

&1.1.4电站锅炉常用耐热钢在不同状态下的「加值参见附录B。

&1.1.5用式（1）外推材料某一规定时间的持久强度c时，外推的规定时间应小于最长试验点时间的

10倍，对于9Cr~12Cr钢，建议根据实际条件外推的规定时间应小于最长试验点时间3倍。

&1.1.6确定部件工作条件下的最大应力部位及最大应力几仆。

8.1.1.7按式（2）计算断裂时间：

亦0彳

式中：

昭讯、几,一一分别为某一温度下104h和105h的持久强度，单位为兆帕（MPa）；

”——安全系数，当选图2中的中值线时,"取1.5；当选图2中的下限线时,"取1.2。

&1.1.8累积蠕变损伤的计算，按每一温度、应力等级分别计算每一损伤单元，这些损伤的总和达到

6

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1时,承压部件失效，累积蠕变损伤卩按式(3)计算:

D,-2-<1(3)

,一Itri

式中：

f,一一承压部件在第，种应力与温度下的运行时间；

鶴——承压部件在第/种应力与温度下的蠕变断裂时间。

图2材料的持久强度曲线

8.1.2L-M参数法(推荐方法)

8.1.2.1适用于450£以上碳钢、合金钢的受热面管、管道及集箱的蠕变寿命评估。L-M参数是时间

和温度二者相结合的参数，以PS)表示，式(4)为如下关系：

F(e)=T(C+lg/「)(4)

式中：

4——断裂时间，单位为小时(h)；

T——试验温度，单位为开尔文(K)；

C——材料常数。

&1.2.2确定材料的L-M参数,选部件工作温度及其附近共3个温度，在每一温度下至少进行4个应

力水平下的持久断裂试验。按式(5)对试验数据进行多元线性回归处理求解出C值：

lgZr=(Cfl+Cxlga+C2lg2a+C3lg3a+CJg4a)/T-C(5)

式中：

C八Cl、C：2、Gc——拟合系数。

依据拟合出的公式，绘制PS)p[ttl线。

&1.2.310CrMo910钢的L-M参数为：

P(t7)=T(20+lg/r)(6)

该钢种的Ittl线见图3所示。

7

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40

35

MI

25

20-

1U-

III•

M>6»«0

"EX珈8

图310CrMo910钢的P(a)-a曲线

8.1.2.412CrlMoV钢的L-M参数为:

F(o)=T(22+lg/「)7)

该钢种的PS)pIttl线见图4所示

w*0-5,0

200-

・FU

A-610

19202122

/'MX10

图412Cr1MoV钢的P(<r)-<r曲线

8.1.2.5P91钢的L-M参数为：

P(a)=7(30+lg/r)8)

该钢种的P(<7)-a曲线见图5所示。

8

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272931

XIO1

图5P91钢的曲线

8.1.2.6P9Z钢的—M参数为：

P(c)=T(36+lg/r)9)

该钢种的P曲线见图6所示。

1OOD

3534^5)6S7M

^WXIO1

图6P92钢的曲线

8.1.2.7确定部件工作条件下的最大应力部位