發(fā)生蠕變損傷的金屬管的剩余壽命診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種發(fā)生蠕變損傷的金屬管的剩余壽命診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在發(fā)電站、工廠中，有效利用蒸汽作為熱源、壓力源。在蒸汽流通中使用了由不銹鋼、鉻鋼制作的金屬管。在蒸汽為高溫高壓的情況下，例如在蒸汽溫度為幾百。C且蒸汽壓力為幾Mpa的情況下，該金屬管發(fā)生婦變損傷。
[0003]這里，在金屬管為用于渦輪機等的動力用蒸汽用大口徑配管的情況下，例如在直徑為幾百mm的配管的情況下，由于蠕變損傷而在金屬管表面發(fā)生蠕變孔洞，隨著蠕變損傷的發(fā)展，蠕變孔洞的個數(shù)、面積增加。著眼于這種蠕變孔洞的個數(shù)、面積增加這一特性，提出了A參數(shù)法、M參數(shù)法等剩余壽命診斷方法(參照專利文獻1、2)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻I:日本特開2010-14600號公報
[0007]專利文獻2:日本專利第3976938號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]而在金屬管為直徑為10mm以下的小口徑管(例如鍋爐管)的情況下，該小口徑管顯示了與上述大口徑配管不同的情況。例如在小口徑管的壽命末期，蠕變孔洞快速發(fā)生和增加，具有導(dǎo)致斷裂的趨勢。因此，難以應(yīng)用與大口徑配管相同的剩余壽命診斷方法。鑒于這種情形，在診斷剩余壽命時，削磨小口徑管表面，使用超聲波、磁對壁厚、膨脹進行計測。然而，在該方法中，在每次進行計測時，對小口徑管表面進行削磨使得壁厚變薄。結(jié)果小口徑管的壽命縮短了被削磨的量。
[0010]本發(fā)明是鑒于上述情形而完成的。本發(fā)明的目的在于，不削磨金屬管表面就能測量發(fā)生蠕變損傷的金屬管的剩余壽命。
[0011]用于解決課題的手段
[0012]為了達到上述目的，在本發(fā)明的剩余壽命診斷方法中，根據(jù)預(yù)先制作的主曲線，來診斷發(fā)生蠕變損傷的金屬管的剩余壽命，其特征在于，上述主曲線是以如下方式制作出的:在材質(zhì)和內(nèi)外直徑與上述金屬管相同的試片的外周面，將使用熱膨脹率和強度為上述金屬管以上的金屬材料制作出的帶鋼，在施加張力并纏繞的狀態(tài)下進行內(nèi)壓蠕變試驗，上述主曲線表示上述帶鋼的劣化程度與上述金屬管的剩余壽命的關(guān)系，在與上述內(nèi)壓蠕變試驗相同的條件下，在上述金屬管的外周面纏繞帶鋼，根據(jù)該帶鋼的劣化程度，來診斷上述金屬管的剩余壽命。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，比金屬管、試片薄的帶鋼在施加張力的狀態(tài)下纏繞于金屬管、試片的外周面。因此，帶鋼處于易于發(fā)生蠕變孔洞等損傷的狀態(tài)，隨著內(nèi)壓蠕變試驗的進行、金屬管(實際機械)中的使用而劣化程度提高。而且，帶鋼是使用熱膨脹率和強度為金屬管以上的金屬材料制作的，因此得到與金屬管、試片的壽命相應(yīng)的耐久性。由此，能夠獲取帶鋼的劣化程度與金屬管和試片的剩余壽命的相關(guān)性，不對金屬管表面進行削磨，就能診斷該金屬管的剩余壽命。
[0014]在上述剩余壽命診斷方法中，優(yōu)選的是，上述帶鋼被預(yù)先實施了熱處理。在該方法中，由于熱處理而促使帶鋼的劣化，因此從剛安裝到金屬管、試片之后起，能夠掌握帶鋼的劣化程度的進展。
[0015]在上述剩余壽命診斷方法中，優(yōu)選的是，上述帶鋼具有:環(huán)狀部分，其是使帶狀的金屬薄板彎曲成圓筒狀而成的，并且該環(huán)狀部分的周向長度被決定為比上述金屬管的外周面長度短；以及一對凸緣部分，其是從上述環(huán)狀部分的周向端部向外周方向設(shè)置的；以及連結(jié)螺釘，其調(diào)整上述凸緣部分彼此的間隔，并且連結(jié)上述凸緣部分彼此。在該方法中，根據(jù)連結(jié)螺釘?shù)木o固程度(例如緊固扭矩)，能夠容易地調(diào)整環(huán)狀部分的張力。
[0016]在上述剩余壽命診斷方法中，優(yōu)選的是，上述帶鋼是使用與上述金屬管相同的金屬材料制作的。在該方法中，帶鋼與金屬管為相同材質(zhì)，因此能夠高精度地診斷金屬管的剩余壽命。
[0017]發(fā)明效果
[0018]根據(jù)本發(fā)明，不對金屬管表面進行削磨就能測量發(fā)生蠕變損傷的金屬管的剩余壽命O
【附圖說明】
[0019]圖1的(a)是說明將帶鋼纏繞于鍋爐管的狀態(tài)的俯視圖，(b)是說明帶鋼的結(jié)構(gòu)的圖，(C)是說明將帶鋼纏繞于鍋爐管的狀態(tài)的截面圖。
[0020]圖2的(a)是主曲線的制作處理的流程圖，(b)是剩余壽命診斷處理的流程圖。
[0021 ]圖3是示意性地說明內(nèi)壓蠕變試驗的試驗裝置的圖。
[0022]圖4的(a)是表示與新鍋爐管對應(yīng)的主曲線的示例的圖，(b)是表示與使用中的鍋爐管對應(yīng)的主曲線的示例的圖。
【具體實施方式】
[0023]以下，說明本發(fā)明的實施方式。首先，參照圖1說明作為剩余壽命的診斷對象的鍋爐管I以及纏繞于該鍋爐管I的帶鋼2。
[0024]該鍋爐管I為直徑小于動力用蒸汽配管的金屬管，由直徑為30mm至10mm且壁厚為3mm至20mm的細(xì)徑管構(gòu)成。作為鍋爐管I的材料，使用超級不銹鋼(例如SUS312L)、不銹鋼(例如31^304、31^316)、高鉻鋼(例如9鉻鋼、12鉻鋼)、低鉻鋼(例如1.0鉻鋼、1.5鉻鋼、2.25鉻鋼)、鍋爐用碳鋼管(STB)等。而且，在鍋爐管I內(nèi)流通的流體溫度例如為2500C至650°C的范圍內(nèi)，蒸汽壓力例如為2MPa至5MPa的范圍內(nèi)。
[0025]如圖1的(a)所示，帶鋼2在施加張力的狀態(tài)下纏繞于鍋爐管I的外周面。該帶鋼2的強度被設(shè)定為與鍋爐管I相同或大于鍋爐管I。而且，圖1的(b)示出的帶鋼2具有環(huán)狀部分3、凸緣部分4以及連結(jié)螺釘5。
[0026]環(huán)狀部分3是將帶狀的金屬薄板形成為圓筒狀的部分，其周向長度被決定為比金屬管的外周面長度短一些。因此，當(dāng)將環(huán)狀部分3纏繞于鍋爐管I的外周面時，在環(huán)狀部分3中的周向一端與周向另一端之間形成沿軸方向的間隙。
[0027]該環(huán)狀部分3是使用熱膨脹率和強度為金屬管以上的金屬材料制作的。具體地說，從不銹鋼(例如SUS304、SUS316)、高鉻鋼(例如9鉻鋼、12鉻鋼)、低鉻鋼(例如I.0鉻鋼、I.5鉻鋼、2.25鉻鋼)等中來選擇。此外，使環(huán)狀部分3的厚度薄到不對鍋爐管I的強度帶來大影響的程度。例如被決定為0.1mm至1.0mm左右的厚度。另外，關(guān)于構(gòu)成環(huán)狀部分3(帶鋼2)的金屬材料，如上所述，熱膨脹率和強度為鍋爐管I以上的金屬材料即可，但是更優(yōu)選為與鍋爐管I相同的材料。
[0028]凸緣部分4為從環(huán)狀部分3的周向端部朝向外周方向設(shè)置的矩形狀部分，是使用與環(huán)狀部分3相同材質(zhì)制作的。而且，該凸緣部分4在環(huán)狀部分3的周向端部設(shè)置有一對，通過焊接與環(huán)狀部分3接合。
[0029]連結(jié)螺釘5是調(diào)整凸緣部分4之間的間隔并且連結(jié)凸緣部分4之間的部件。該連結(jié)螺釘5由螺栓與螺母的組構(gòu)成，使用與帶鋼2相同的材料制作。
[0030]如圖1的(c)所示，當(dāng)將帶鋼2纏繞于鍋爐管I的外周面的狀態(tài)下緊固或松開連結(jié)螺釘5時，凸緣部分4之間的間隔發(fā)生變化而調(diào)整環(huán)狀部分3的張力(對金屬管的緊固力)。在此，環(huán)狀部分3的張力與連結(jié)螺釘5的緊固扭矩具有相關(guān)性，因此能夠根據(jù)緊固扭矩設(shè)定環(huán)狀部分3的張力。
[0031]接著，說明使用該帶鋼2的鍋爐管1(金屬管)的剩余壽命診斷。本實施方式的剩余壽命診斷大致由兩個處理構(gòu)成。第一個處理為主曲線(master curve)的制作處理，第二個處理為現(xiàn)場的剩余壽命診斷處理。以下，說明各處理。此外，在以下說明中，設(shè)為帶鋼2使用與鍋爐管I相同材質(zhì)的材料(例如SUS304、9鉻鋼)。
[0032]首先，說明主曲線的制作處理。如圖2的(a)所示，在該制作處理中，執(zhí)行帶鋼2的事先熱處理(Sll)。例如，在溫度被設(shè)定為比實際使用溫度高出20°C至50°C的爐內(nèi)配置帶鋼2，在整個規(guī)定期間進行加熱。通過該加熱，消耗帶鋼2的壽命，從而容易出現(xiàn)由蠕變損傷引起的狀態(tài)變化(劣化)。
[0033]例如在帶鋼2使用不銹鋼制作的情況下，容易發(fā)生蠕變孔洞。另外，在帶鋼2使用鉻鋼制作的情況下，發(fā)生粗?；?、細(xì)粒化。然后，事先加熱處理中的加熱期間例如被設(shè)定為帶鋼2的剩余壽命[(蠕變斷裂時間-使用時間)/蠕變斷裂時間]為0.5的使用時間。
[0034]接著，進行試片11的制作(S12)。在該步驟中，制作圖3示出的試片11。該試片11具有短管12、栓13以及導(dǎo)管14。短管12為材質(zhì)與成為剩余壽命的測量對象的鍋爐管I相同且內(nèi)外直徑相同的短型(例如200mm至300mm)的金屬管。栓13為焊接在短管12兩端上的金屬制圓柱狀部件。關(guān)于該栓13，也可以優(yōu)選使用與鍋爐管I相同材質(zhì)制作。此外，在一個栓13上形成有在厚度方向上貫通的貫通孔(未圖示)。導(dǎo)管14是在氣密狀態(tài)下與試片11的內(nèi)部空間進行連通的金屬管。導(dǎo)管14的一端焊接在一個栓13上，以與貫通孔進行連通。
[0035]在試片11的外周面纏繞帶鋼2。此時，根據(jù)連結(jié)螺釘5的緊固程度，調(diào)整環(huán)狀部分3的張力。在本實施方式中，以使用比在鍋爐管1(金屬管)內(nèi)流通的流體(蒸汽)的壓力大的力進行緊固的方式，調(diào)整環(huán)狀部分3的張力。例如在流過鍋爐管I的流體的壓力為40MPa的情況下，以環(huán)狀部分3的緊固力從50MPa( 1.2倍)成為80MPa(2倍)的方式，調(diào)整環(huán)狀部分3的張力。
[0036]當(dāng)安裝帶鋼2時，如圖2的(a)所示，進行初期性狀的測量(S13)。在該步驟中，測量緊接著進行內(nèi)壓蠕變試驗之前的帶鋼2的性狀(劣化程度)。在此，根據(jù)剩余壽命診斷的方法決定所測量的帶鋼2的性狀。例如在使用硬度法的情況下，測量