一种高温厚壁管道的寿命估算方法和装置与流程

本申请涉及发电技术领域，更具体地说，涉及一种高温厚壁管道的寿命估算方法和装置。

背景技术：

电站高温厚壁管道运行在高温高压下，随着服役时间的延长，管道材料的微观组织和力学性能将发生缓慢的变化，螺变损伤的积累和微观组织的降级，导致材料内部空洞和裂纹的产生，进一步造成构件失效。超(超)临界机组的运行参数更高，电站机组的参数进一步提高，为保障电站高温厚壁管道的安全运行，需要对其进行寿命估算。

当前高温厚壁管道的寿命估算依据的是持久强度，即截取一段管子进行持久强度试验，然后由各种方法进行外推得到相应服役条件下的持久强度，这是因为如果在服役应力和温度下进行持久强度试验将消耗大量的时间，这就失去了寿命估算的意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种高温厚壁管道的寿命估算方法和装置，用于对电站的高温厚壁管道的寿命进行快速估算，以解决传统估算方法耗时过长的问题。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种高温厚壁管道的寿命估算方法，包括步骤：

在初始状态的高温厚壁管道上取样，得到管道样品；

将一部分所述管道样品加工成厚度依次加厚的多个初始试样，其中最厚的所述初始试样的厚度为预设的标准厚度，对每个所述初始试样进行小冲杆试验，得到与所述多个初始试样一一对应的多个初始挠度-时间曲线；

将另一部分所述管道试样进行高温加速失效至金相组织严重老化，将经过高温加速失效处理后的初始试样加工成失效试样，所述失效试样的厚度为所述标准厚度，对所述失效试样进行小冲杆试验，得到所述失效试样的失效挠度-时间曲线，将所述多个初始挠度-时间曲线中与所述失效挠度-时间曲线最接近的初始挠度-时间曲线对应的初始试样的厚度作为失效当量厚度；

从在役高温厚壁管道上取样，将所得样品加工成厚度为所述标准厚度的待检试样，对所述待检试样进行小冲杆试验，得到待检挠度-时间曲线，将所述多个初始挠度-时间曲线中与所述待检挠度-时间曲线的最接近的初始挠度-时间曲线对应的初始试样的厚度作为待检当量厚度；

根据所述失效当量厚度、待检当量厚度和所述在役高温厚壁管道的服役时间计算所述在役高温厚壁管道的剩余寿命。

可选的，所述标准厚度为0.5毫米。

可选的，所述多个初始试样的厚度为从所述标准厚度依次递减的等差数列，两个相邻的所述初始试样的厚度差为0.02毫米。

可选的，根据所述待检当量厚度、所述失效当量厚度、待检当量厚度和所述在役高温厚壁管道的服役时间计算所述在役高温厚壁管道的剩余寿命，包括

当所述待检试样的数量为一个时，采用线性计算方法计算所述剩余寿命；

当所述待检试样的数量为不同采样时间的两个及两个以上时，通过幂指关系计算所述剩余寿命。

可选的，所述采用线性计算方法计算所述剩余寿命，包括：

根据下式计算所述剩余寿命ts：

ts＝(ti-ts0)×ty1/(t0-ti)

其中：

t0为厚度为标准厚度的所述初始试样的初始挠度-时间曲线中的断裂时间；

ti为与待检挠度曲线-时间曲线相对应的初始挠度-时间曲线中的断裂时间；

ty1为在役高温厚壁管道在取样时候的服役时间；、hy1为服役时间ty1情况下的当量厚度；

ts0为失效挠度-时间曲线中的试样断裂时间。

一种高温厚壁管道的寿命估算装置，其特征在于，包括：

第一取样模块，用于在初始状态的高温厚壁管道上取样，得到管道样品；

试样加工模块，用于将一部分所述管道样品加工成厚度依次加厚的多个初始试样，其中最厚的所述初始试样的厚度为预设的标准厚度，对每个所述初始试样进行小冲杆试验，得到与所述多个初始试样一一对应的多个初始挠度-时间曲线；

试样老化模块，用于将另一部分所述管道试样进行高温加速失效至金相组织严重老化，将经过高温加速失效处理后的初始试样加工成失效试样，所述失效试样的厚度为所述标准厚度，对所述失效试样进行小冲杆试验，得到所述失效试样的失效挠度-时间曲线，将所述多个初始挠度-时间曲线中与所述失效挠度-时间曲线最接近的初始挠度-时间曲线对应的初始试样的厚度作为失效当量厚度；

第二取样模块，用于从在役高温厚壁管道上取样，将所得样品加工成厚度为所述标准厚度的待检试样，对所述待检试样进行小冲杆试验，得到待检挠度-时间曲线，将所述多个初始挠度-时间曲线中与所述待检挠度-时间曲线的最接近的初始挠度-时间曲线对应的初始试样的厚度作为待检当量厚度；

寿命计算模块，用于根据所述失效当量厚度、待检当量厚度和所述在役高温厚壁管道的服役时间计算所述在役高温厚壁管道的剩余寿命。

可选的，根据寿命计算模块包括：

第一计算单元，用于当所述待检试样的数量为一个时，采用线性计算方法计算所述剩余寿命；

第二计算模块，用于当所述待检试样的数量为不同采样时间的两个及两个以上时，通过幂指关系计算所述剩余寿命。

可选的，所述第一计算模块具体用于：

根据下式计算所述剩余寿命ts：

ts＝(ti-ts0)×ty1/(t0-ti)

其中：

t0为厚度为标准厚度的所述初始试样的初始挠度-时间曲线中的断裂时间；

ti为与待检挠度曲线-时间曲线相对应的初始挠度-时间曲线中的断裂时间；

ty1为在役高温厚壁管道在取样时候的服役时间；、hy1为服役时间ty1情况下的当量厚度；

ts0为失效挠度-时间曲线中的试样断裂时间。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种高温厚壁管道的寿命估算方法和装置，该寿命估算方法和装置通过对高温厚壁管道进行取样得到管道样品，并利用管道样品制作多个初始试样和失效试样，再对多个初始试样和失效试样进行小冲杆试验，通过得到的挠度-时间曲线得到失效厚度，再对在役高温厚壁管道进行取样并进行小冲杆试验，得到相应的待检厚度，最后根据失效厚度、待检厚度和服役时间计算高温厚壁管道的剩余寿命。由于这种方法的整个估算时间很快，不必进行持久强度试验，因此能够快速估算出剩余寿命，从而解决了传统估算方法耗时过长的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种高温厚壁管道的寿命估算方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的一种挠度-时间曲线图；

图3为本申请实施例提供的一种高温厚壁管道的寿命估算装置的框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图1为本申请实施例提供的一种高温厚壁管道的寿命估算方法的流程图。

如图1所示，本实施例提供的寿命估算方法用于对电站的高温厚壁管道的剩余寿命进行估算，该寿命估算方法具体包括如下步骤：

s1、对初始状态的高温厚壁管道进行取样。

该高温厚壁管道的取样可以在管道投运前进行，也可以将当前状态作为该初始状态。通过取样得到少许的样品作为管道样品，该管道样品用于制作初始试样和失效试样。由于取样较少，因此不会对高温厚壁管道的结构、强度以及寿命造成任何影响。

s2、制作初始试样，并对初始试样进行小冲杆试验。

在得到管道样品后，从管道样品中取一部分制作多个初始试样，即加工成多个厚度不同的小冲杆试样以便进行小冲杆试验，多个初始试样中最厚的初始试样的厚度选为标准厚度，其他试样的厚度按等差数列的规律依次减薄。

在本实施例的一个具体实施方式中，我们选0.5毫米为标准厚度，其他的试样的厚度依次减少0.02毫米，依次为0.48毫米、0.46毫米、……0.12毫米、0.1毫米。其中标准厚度也可以选择0.8～1毫米，种类依次递减的厚度可选0.1毫米。

在得到多个初始试样后，依次对每个初始试样进行小冲杆试验，从而得到每个初始试样的挠度-时间曲线，这里的挠度也称为中心变形量，为了便于描述，我们将对所有初始试样进行小冲杆试验得到的挠度-时间曲线称为初始挠度-时间曲线。

s3、制作失效试样，并对失效试样进行小冲杆试验。

失效试样是通过对上述得到的管道样品进行高温加速失效处理后得到的，处理到直至金相组织严重老化，或者说直至该样品严重球化，并将该老化后的管道样品制作成规格与该初始试样相同的失效试样，该失效试样的厚度选上述的标准厚度。

然后在对该失效试样进行小冲杆试验，得到该失效试样的失效挠度-时间曲线，也可以叫为失效中心变形量-时间曲线。并将该失效挠度-时间曲线与上述的多个初始挠度-时间曲线进行对比，将从多个初始挠度-时间曲线中与该失效挠度-时间曲线最接近的初始挠度-时间曲线，并将该最接近的初始挠度-时间曲线所属的初始样品的厚度作为失效当量厚度。该失效当量厚度意味着此时已经不能满足电站的工况要求。

s4、制作待检试样，并对待检试样进行小冲杆试验。

从在役的高温厚壁管道上进行取样，并将取得的样品制作成与该初始试样的尺寸相同的待检试样，该待检试样的厚度选标准厚度。然后对该待检试样进行小冲杆试样，得到待检试样的待检挠度-时间曲线。

在得到该待检挠度-时间曲线后，将该待检挠度-时间曲线与多个初始挠度-时间曲线进行对比，将与其最接近的初始挠度-时间曲线对应的初始样品的厚度作为待检当量厚度。

s5、根据待检当量厚度、失效当量厚度和服役时间计算剩余寿命。

这里的服役时间是指高温厚壁管道在采样时的服役时间。具体计算时是根据高温厚壁管道的待检当量厚度、失效当量厚度和这里的服役时间进行计算，从而得到该高温厚壁管道的剩余寿命。

具体计算时，当仅取得个待检挠度-时间曲线时，是根据线性计算的方法计算该剩余寿命；如果进行两个时间点的采样，从而得到两个待检挠度-时间曲线后，是按幂指关系曲线的方式进行拟合，从而得到该高温厚壁管道的剩余寿命。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种高温厚壁管道的寿命估算方法，该寿命估算方法通过对高温厚壁管道进行取样得到管道样品，并利用管道样品制作多个初始试样和失效试样，再对多个初始试样和失效试样进行小冲杆试验，通过得到的挠度-时间曲线得到失效厚度，再对在役高温厚壁管道进行取样并进行小冲杆试验，得到相应的待检厚度，最后根据失效厚度、待检厚度和服役时间计算高温厚壁管道的剩余寿命。由于这种方法的整个估算时间很快，不必进行持久强度试验，因此能够快速估算出剩余寿命，从而解决了传统估算方法耗时过长的问题。

另外，在最后计算时，需要查看图2所示的挠度-时间曲线图，首先看待检挠度-时间曲线位于失效挠度-时间曲线的左侧还是右侧，如果位于左侧，则认为该管道即将失效，不再进行寿命估算。如果曲线位于失效挠度-时间曲线右侧则进行以下寿命估算。

如果仅获得ty1、hy1一条待检挠度-时间曲线，则可以通过线性关系进行寿命评估，即：

(t0-ti)/ty1＝(ti-ts0)/ts式1

进而剩余寿命：ts＝(ti-ts0)×ty1/(t0-ti)式2

如果获得两条待检挠度-时间曲线(ty1、hy1和ty2、hy2)，则可以通过幂指关系进行拟合，即：

h＝at^k式3

式中：h为当量厚度，t为服役时间，a、k为参数。

由于获得了两条待检挠度-时间曲线得到ty1、hy1和ty2、hy2，通过拟合可以计算得出a和k，令hy3＝hs0,并将拟合得到的a和k带入式3，就可以得到服役寿命ty3，这时剩余寿命即为ts＝ty3-ty2.

其中：

0、1、2、…、i、…、j、…、k、…、n为初始挠度-时间曲线编号；

h0、h1、h2、…、hi、…、hj、…、hk、…、hn为初始试样的厚度；

t0、t1、t2、…、ti、…、tj、…、tk、…、tn为初始挠度-时间曲线的试样断裂时间；

ty1为对在役高温厚壁管道进行一次采样的情况下的服役时间，或者对在役高温厚壁管道进行两次采样时第一次采样时的服役时间；

hy1为与服役时间ty1对应的当量厚度；

ty2为对在役高温厚壁管道进行两次采样时第一次采样时的服役时间；

hy2为与服役时间ty2对应的当量厚度；

ty3为对在役高温厚壁管道进行两次采样时第二次采样时的服役时间；

hy3为服役时间ty3对应的的当量厚度；

ts0为失效挠度-时间曲线的试样断裂时间、hs0为失效状况下的当量厚度；

ts为剩余寿命。

实施例二

图3为本申请实施例提供的一种高温厚壁管道的寿命估算装置的框图。

如图3所示，本实施例提供的寿命估算装置用于对电站的高温厚壁管道的剩余寿命进行估算，该寿命估算装置具体包括第一取样模块10、试样加工模块20、试样老化模块30、第二取样模块40和寿命计算模块50。

第一取样模块用于对初始状态的高温厚壁管道进行取样。

该高温厚壁管道的取样可以在管道投运前进行，也可以将当前状态作为该初始状态。通过取样得到少许的样品作为管道样品，该管道样品用于制作初始试样和失效试样。由于取样较少，因此不会对高温厚壁管道的结构、强度以及寿命造成任何影响。

试样加工模块用于制作初始试样，并对初始试样进行小冲杆试验。

在得到管道样品后，从管道样品中取一部分制作多个初始试样，即加工成多个厚度不同的小冲杆试样以便进行小冲杆试验，多个初始试样中最厚的初始试样的厚度选为标准厚度，其他试样的厚度按等差数列的规律依次减薄。

在本实施例的一个具体实施方式中，我们选0.5毫米为标准厚度，其他的试样的厚度依次减少0.02毫米，依次为0.48毫米、0.46毫米、……0.12毫米、0.1毫米。其中标准厚度也可以选择0.8～1毫米，种类依次递减的厚度可选0.1毫米。

在得到多个初始试样后，依次对每个初始试样进行小冲杆试验，从而得到每个初始试样的挠度-时间曲线，这里的挠度也称为中心变形量，为了便于描述，我们将对所有初始试样进行小冲杆试验得到的挠度-时间曲线称为初始挠度-时间曲线。

试样老化模块用于制作失效试样，并对失效试样进行小冲杆试验。

失效试样是通过对上述得到的管道样品进行高温加速失效处理后得到的，处理到直至金相组织严重老化，或者说直至该样品严重球化，并将该老化后的管道样品制作成规格与该初始试样相同的失效试样，该失效试样的厚度选上述的标准厚度。

然后在对该失效试样进行小冲杆试验，得到该失效试样的失效挠度-时间曲线，也可以叫为失效中心变形量-时间曲线。并将该失效挠度-时间曲线与上述的多个初始挠度-时间曲线进行对比，将从多个初始挠度-时间曲线中与该失效挠度-时间曲线最接近的初始挠度-时间曲线，并将该最接近的初始挠度-时间曲线所属的初始样品的厚度作为失效当量厚度。该失效当量厚度意味着此时已经不能满足电站的工况要求。

第二取样模块用于制作待检试样，并对待检试样进行小冲杆试验。

从在役的高温厚壁管道上进行取样，并将取得的样品制作成与该初始试样的尺寸相同的待检试样，该待检试样的厚度选标准厚度。然后对该待检试样进行小冲杆试样，得到待检试样的待检挠度-时间曲线。

在得到该待检挠度-时间曲线后，将该待检挠度-时间曲线与多个初始挠度-时间曲线进行对比，将与其最接近的初始挠度-时间曲线对应的初始样品的厚度作为待检当量厚度。

寿命计算模块用于根据待检当量厚度、失效当量厚度和服役时间计算剩余寿命。

这里的服役时间是指高温厚壁管道在采样时的服役时间。具体计算时是根据高温厚壁管道的待检当量厚度、失效当量厚度和这里的服役时间进行计算，从而得到该高温厚壁管道的剩余寿命。

具体计算时，当仅取得个待检挠度-时间曲线时，是根据线性计算的方法计算该剩余寿命；如果进行两个时间点的采样，从而得到两个待检挠度-时间曲线后，是按幂指关系曲线的方式进行拟合，从而得到该高温厚壁管道的剩余寿命。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种高温厚壁管道的寿命估算装置，该寿命估算方法通过对高温厚壁管道进行取样得到管道样品，并利用管道样品制作多个初始试样和失效试样，再对多个初始试样和失效试样进行小冲杆试验，通过得到的挠度-时间曲线得到失效厚度，再对在役高温厚壁管道进行取样并进行小冲杆试验，得到相应的待检厚度，最后根据失效厚度、待检厚度和服役时间计算高温厚壁管道的剩余寿命。由于这种方法的整个估算时间很快，不必进行持久强度试验，因此能够快速估算出剩余寿命，从而解决了传统估算方法耗时过长的问题。

另外，在最后计算时，需要查看图2所示的挠度-时间曲线图，首先看待检挠度-时间曲线位于失效挠度-时间曲线的左侧还是右侧，如果位于左侧，则认为该管道即将失效，不再进行寿命估算。如果曲线位于失效挠度-时间曲线右侧则进行以下寿命估算。

如果仅获得ty1、hy1一条待检挠度-时间曲线，则可以通过线性关系进行寿命评估，即：

(t0-ti)/ty1＝(ti-ts0)/ts式1

进而剩余寿命：ts＝(ti-ts0)×ty1/(t0-ti)式2

如果获得两条待检挠度-时间曲线(ty1、hy1和ty2、hy2)，则可以通过幂指关系进行拟合，即：

h＝at^k式3

式中：h为当量厚度，t为服役时间，a、k为参数。

由于获得了两条待检挠度-时间曲线得到ty1、hy1和ty2、hy2，通过拟合可以计算得出a和k，令hy3＝hs0,并将拟合得到的a和k带入式3，就可以得到服役寿命ty3，这时剩余寿命即为ts＝ty3-ty2.

其中：

0、1、2、…、i、…、j、…、k、…、n为初始挠度-时间曲线编号；

h0、h1、h2、…、hi、…、hj、…、hk、…、hn为初始试样的厚度；

t0、t1、t2、…、ti、…、tj、…、tk、…、tn为初始挠度-时间曲线的试样断裂时间；

ty1为对在役高温厚壁管道进行一次采样的情况下的服役时间，或者对在役高温厚壁管道进行两次采样时第一次采样时的服役时间；

hy1为与服役时间ty1对应的当量厚度；

ty2为对在役高温厚壁管道进行两次采样时第一次采样时的服役时间；

hy2为与服役时间ty2对应的当量厚度；

ty3为对在役高温厚壁管道进行两次采样时第二次采样时的服役时间；

hy3为服役时间ty3对应的的当量厚度；

ts0为失效挠度-时间曲线的试样断裂时间、hs0为失效状况下的当量厚度；

ts为剩余寿命。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。