ICS 27.120 F 49 NB 备案号：44881-2014 中华人民共和国能源行业标准 NB/T25030—2014 核电厂汽轮机转子寿命评估导则 Guideline of life assessment for steam turbine rotor of units in nuclear powerplant 2014-03-18发布 2014-08-01实施 国家能源局 发布 NB/T25030—2014 目 次 前言· 7 范围… 1 2 规范性引用文件 + 3 术语和定义 4寿命评估数据 5汽轮机转子的低周疲劳寿命评估 6含缺陷的低周疲劳寿命估算 附录A（资料性附录） 热应力分析-换热系数计算 附录B（资料性附录） 低周疲劳寿命曲线计算方法 NB/T25030—2014 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则起草。 本标准由中国电力企业联合会提出并归口。 本标准起草单位：苏州热工研究院有限公司、大亚湾核电运营管理有限责任公司、河南电力试验研 究院、深圳市广前电力有限公司。 本标准主要起草人：郭迪、王兆希、薛飞、张国栋、黄祥君、蔡红生、递文新、李玲、龚明祥、 李锦峰。 本标准在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心（北京市白广路二条 一号，100761)。 II NB/T25030—2014 核电厂汽轮机转子寿命评估导则 1范围 本标准规定了核电厂常规岛汽轮机转子的寿命评估方法。 本标准适用于压水堆核电厂运行期间常规岛汽轮机高、中压转子，以及低压转子寿命评估工作，其 他堆型核电厂可参照执行。 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/T6398金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法 GB/T15248金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法 DL/T654—一2009火电机组寿命评估技术导则 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 汽轮机组寿命turbineunitlife 核电厂汽轮机组寿命一般为核电厂常规岛采购合同寿命，目前国内核电厂常规岛设备及部件为常规 强度设计而非有限寿命设计，采购合同寿命不等同于机组的设计寿命。 3.2 运行寿命operationlife 机组或部件在运行中可安全运行的实际时间或者疲劳循环次数。 3.3 运行期间operatingperiod 经批准的核电厂直至退役或关闭之前的运行时间。 3.4 冷态启动coldstart 汽轮机组在环境温度下的启动，按汽缸温度或停机时间来划分。 3.5 温态启停 warmstart-stop 汽轮机金属温度高于冷态启动时的金属温度状态下的启动和停机。 3.6 应力强度因子stressintensityfactor 反映裂纹尖端弹性应力场强弱的物理量，记作K，。它是载荷和裂纹体几何因子（包括裂纹长度、 尺寸和形状等）的函数。 3.7 临界应力强度因子criticalstressintensityfactor 裂纹刚要失稳扩展时的应力强度因子值K,称为临界应力强度因子，记作Kc。Kc要通过试验测得， 1 NB/T25030-2014 与试验温度、试样板厚、变形速率等因素相关。当这些外部因素固定时，它是材料常数。 4寿命评估数据 4.1汽轮机转子的老化机理 压水堆核电厂汽轮机转子的老化机理主要为低周疲劳和应力腐蚀破裂。应力腐蚀破裂所引起的老化 效应应予修复，汽轮机转子应进行低周疲劳寿命评估。 4.2基础数据收集 进行核电厂汽轮机转子的寿命评估需要下列基础数据： a）汽轮机转子的设计制造资料，包括生产厂家、转子材料牌号、转子材料力学性能、转子材料低 周疲劳曲线（或低周疲劳参数）、制造工艺、几何结构尺寸等； b) 汽轮机转子的历次检修检查记录、老化状况检查结果等； 机组投运时间、累计运行小时数； d）机组各典型运行工况下的启停次数、机组未来的运行计划等，应包括调试期间启停、甩负荷次 数、超速试验次数、大修后进行试验的启停次数等； 机组各典型运行工况下的运行压力、温度、功率、转速随时间变化的记录。 e) 4.3汽轮机转子现状检查结果 汽轮机转子寿命评估应收集汽轮机转子表面和内部检查的结果，主要应包括无损检测、硬度测量、 金相分析等。检查部件和内容如下： a）高、中压转子应检查下列内容： 1）转子表面裂纹、腐蚀、划痕等目视检查，键槽处无损检测（超声波检测或磁粉检测），必 要时应进行渗透检测； 2）无中心孔的实心转子的无损检测； 3）中心孔超声波检测及涡流检测或内窥镜检查。 b） 低压转子应检查下列内容： 1）转子表面裂纹、腐蚀、划痕等目视检查； 2）无中心孔的实心转子的无损检测； 3）中心孔超声波检测及涡流检测或内窥镜检查。 c）叶轮应检查下列内容： 1）叶轮表面裂纹、腐蚀、划痕等目视检查； 2）超声波检测、磁粉检测等无损检测； 3）轮槽处无损检测，特别是低压转子末三级叶轮槽； 4）硬度测量等。 d）焊接转子焊缝的无损检测包括超声波检测，磁粉检测或渗透检测。 4.4材料性能数据 4.4.1压水堆核电厂汽轮机转子的主要老化机理应包括低周疲劳和应力腐蚀破裂，应力腐蚀裂纹可以在 核电厂大修期间修复，故本标准只给出了汽轮机转子的低周疲劳寿命评估方法。 4.4.2汽轮机转子的低周疲劳寿命评估需要的材料性能数据见表1。 4.4.3选用与转子材料牌号相同、工艺相同的原材料进行试验（至少有一组试验应在与转子工作温度相 同的温度下进行）；如果条件许可，应在部件最危险部位取样进行相关的材料性能试验；如在短时间内 不能取得实际试验数据，可参考相同牌号材料已积累数据的下限值。 4.4.4由试验获得的原始材料的性能数据，当用于寿命评估时，应考虑其性能在高温、应力作用下随时 间的延长而劣化的情况和数据的分散度，试样与部件的尺寸效应、频率效应等。 2 NB/T25030—2014 表1汽轮机转子寿命评估所需的材料性能 材料性能 部件 无缺陷的转子 带缺陷的转子 1.力学性能：拉伸与冲击性能、硬度、脆性转变 1.力学性能：拉伸与冲击性能、硬度、脆 温度、断裂韧度、疲劳裂纹扩展速率。 性转变温度、低周疲劳（参数/曲线）。 2.物理性能：弹性模量、泊松系数、线膨胀系数、 2.物理性能：弹性模量、泊松系数、线膨 汽轮机转子 比热容、热导率。 胀系数、比热容、热导率。 若为焊接转子，如缺陷在焊接接头特征区域（热 若为焊接转子，还需考虑焊接接头特征区域 影响区、焊缝区），还需考虑焊接接头特征区域的 （热影响区、焊缝区）的上述性能 上述性能 4.5应力分析数据准备 4.5.1对需要进行寿命评估的汽轮机转子根据制造厂家或者现场测绘的尺寸进行建模。 4.5.2进行汽轮机转子应力分析，主要应包括的运行工况数据有：全负荷及部分负荷下的输出功率，转 速，主蒸汽、再热蒸汽的压力、温度和流量，高压、中压、低压缸排汽、抽汽的压力、温度和流量及各 个工况下的启停次数，运行小时数，启停及变负荷时的温升、温降及其速率等；运行工况主要包括稳态 运行，冷态启动，温态启停，超速试验，变负荷，甩负荷等，具体参照核电厂运行技术规范。 5汽轮机转子的低周疲劳寿命评估 5.1热应力分析 5.1.1汽轮机转子低周疲劳寿命评估应进行转子热应力分析，得出转子温度场及热应力场，确定转子的 关键部位。 5.1.2转子温度场换热系数计算方法参见附录A。 5.2关键部位的应力或应变范围计算 关键部位的应力或应变范围计算工况和方法应符合下列要求： a）计算工况应包括机组冷态启动、温态启停、正常停机、紧急停机、超速试验、变负荷及甩负荷 运行； b) 应计算不同运行工况下的汽轮机转子热应力和离心应力的交变应力范围及应力幅值； c）可采用解析法、有限元法或者经验公式法对部件及部件的关键部位进行受力状态分析； d）残余应力可依据有关试验研究资料进行经验估算或采用试验方法进行测量。 5.3转子材料的疲劳寿命曲线 5.3.1转子的疲劳寿命曲线可用应力-循环周次或应变-循环周次表示。 5.3.2转子材料的疲劳寿命曲线可由设计规范提供或试验获得。材料的低周疲劳试验按GB/T15248执 行。 5.3.3转子材料的低周疲劳寿命曲线计算方法参见附录B。 5.4转子低周疲劳寿命估算 5.4.1根据机组不同运行工况下转子危险部位热应力、离心应力的交变应力范围及应力幅值、转子材料 的疲劳寿命曲线，计算转子的累积疲劳使用因子，即： D=n (1) N 式中： D—累积疲劳使用因子； 一不同应力循环累积数； m- 3 NB/T25030—2014 n,—给定应力循环i下，转子的循环周次； N，一给定应力循环i下，转子材料设计疲劳曲线允许的失效周次。 5.4.2低周疲劳评估应统计设备不同运行工况下发生的次数，并进行趋势分析，当D≥0.7时，转子的 疲劳寿命结束。 6含缺陷的低周疲劳寿命估算 6.1裂纹的状态评估 当K，<Kc时为不稳定区，裂纹呈亚临界扩展，随着裂纹不断增长，裂纹尖端K，值不断增大，达 到Kic时即发生断裂； 当K，>Kc时，加上初始载荷后立即断裂，为失稳断裂区。 6.2确定材料疲劳扩展速率 即： NP da = B(AK)" (2) dN 式中： AK 应力强度因子变化范围； B，n由试验确定的材料常数： N—应力循环次数。 da DL/T654—2009中给出了些常用钢的- 值及相应的B、n值。 dN 6.3确定部件缺陷部位的应力强度范围△K 部件缺陷部位的应力强度计