API TR 934-F PART 4-2018 Влияние водорода на определение минимальной температуры наддува (MPT) для толстостенных стальных корпусов реакторов (ПЕРВОЕ ИЗДАНИЕ)
Краткое описание Водород@, растворенный в толстой стенке стального сосуда высокого давления во время установившейся работы при повышенной температуре и высоком давлении H2@, может вызвать как медленное докритическое развитие трещины@, так и нестабильное катастрофическое разрушение во время остановки и запуска. Такое поведение определено в разделе 2. Отсюда следует, что современные оценки механики разрушения минимальной температуры наддува (MPT) и пригодности к эксплуатации (FFS) должны включать вредное воздействие H как на докритическое, так и на нестабильное внутреннее водородное растрескивание (IHAC). . На стадии проекта находятся два подхода к разработке стандартных процедур, отвечающих этой потребности: рекомендуемая практика API 934-F и основа Бюллетеня WRC 562 для ASME/API 579. Целью настоящего технического отчета является создание технической основы, необходимой для обеспечения и подтвердить эти передовые методы количественной оценки воздействия водорода на (а) MPT @ и (b) FFS толстостенного реактора гидропереработки. Этот подход состоит из двух частей. В части 1 особое внимание уделяется критической оценке и сбору двух основных свойств H-растрескивания: пороговой интенсивности напряжения для начала докритического H-растрескивания при медленно возрастающей интенсивности напряжения (KIH)@ и критической интенсивности напряжения для начала нестабильного катастрофического растрескивания. росту трещин способствует H (KIC-H). Часть 2 посвящена методам использования этих данных для количественного прогнозирования MPT, который предотвращает растрескивание H во время остановки и запуска. Сумма этих двух частей??подтвержденных обширных данных IHAC и научно обоснованного инженерного анализа?? устанавливает единую техническую основу, которая может быть последовательно включена в рекомендуемые методы API 934-F и API/ASME 579 для борьбы с растрескиванием H. В разделе 3 представлены обширные данные KIH и KIC-H, которые консервативно характеризуют IHAC в наплавленном металле 2?Cr-1Mo и опорной пластине. Эффекты критических переменных документированы; включая степень отпускного охрупчивания по FATT после термического воздействия (FATTThermal)@, общая концентрация H@ и температура воздействия. Данные KIH агрегированы для трех классов чистоты стали: База данных А (низкая чистота/высокая FATT) с FATTthermal > 50 ?? База данных B (промежуточная чистота/промежуточная FATT) с ?30 ??< FATTТермальный < 50 ?? и базу данных C (высокая чистота/низкое содержание FATT) с FATTThermal < ?30 ?? Эти три категории состава стали были определены как для признания критического взаимодействия отпускной хрупкости с водородным растрескиванием, так и для оптимизации комбинации существующих многочисленных наборов данных IHAC из разных лабораторий. [В качестве альтернативы@ пользователь может объединить базы данных B и C для количественного определения IHAC в сталях 2?Cr-1Mo, изготовленных до и после (база данных A) химического контроля примесей.] Субкритическое растрескивание H (раздел 3.2) исключается ниже критического растворенного H. концентрации и выше критической температуры@, которые посредством теории захвата Н связаны с единственным критическим параметром. Положительный эффект повышения температуры подтвержден экспериментами по механике разрушения с образцами различной геометрии и обеспечивает основу для определения MPT для устранения докритического H-растрескивания. Эксперименты по механике разрушения (раздел 3.3) четко показывают, что растворенный H может снизить вязкость нестабильного разрушения 2?Cr-1Mo металла сварного шва и опорной пластины@ с KIC до KIC-H@, что согласуется с вредным воздействием H на энергию удара по Шарпи и FATT по Шарпи. . Однако предыдущие исследования не смогли правильно исключить те данные, которые были неправильно интерпретированы и дали ложный KIC-H (например, из-за возникновения безобидных всплывающих событий). Подтвержденные эксперименты KIC-H, охватывающие диапазон значений FATT без H, установили, что возникновение настоящего нестабильного роста трещин коррелирует с (T-FATTHermal)@, по существу независимо от концентрации растворенного H и демонстрирует распределение поведения для данной температуры. Устраняется нестабильное растрескивание, способствующее H; то есть @ KIC-H приближается к KIC без H выше критической температуры, равной (Charpy FATTthermal + 66 ?? для опорной пластины и выше ударной FATTthermal по Шарпи для металла сварного шва. (H, способствующее нестабильному растрескиванию, никогда не наблюдалось при абсолютных температурах выше 86°С). ??для опорной плиты и выше 25 ??для металла сварного шва для уровней отпускной хрупкости, представленных существующими данными.) Конкретные данные KIC и KIC-H в зависимости от температуры из этого анализа смоделированы в разделе 4, чтобы обеспечить основу для количественного определения MPT. Для уточнения коррелированной температуры для устранения растрескивания нестабильного H необходимы дополнительные данные для охрупченных сталей с высоким FATТермическим отпуском, особенно напряженных при температурах выше 50°C. Фактор(ы), которые контролируют температурную зависимость KIC-H: не совсем понятен @, что предполагает необходимость лучшего понимания механизма нестабильного растрескивания, вызванного H. В разделе 3.4 представлены результаты недавнего исследования, спонсируемого API, которое установило следующие данные о свойствах материала, имеющие отношение к оценке MPT и FFS для V-модифицированного Cr-Mo сталь. Первое@ нестабильное H-крекинг маловероятно при температуре окружающей среды (и выше), учитывая высокую чистоту и низкий FATTTermal@, которые типичны для современного Cr-Mo-V@, а также сдвиг от нуля до небольшого в FATT по Шарпи из-за относительно высокая концентрация растворенного H. Вторая @ V-модифицированная сталь действительно демонстрирует очень медленную стабильность IHAC для концентрации H, типичную для высокой растворимости H в этой современной стали @, но только при относительно высоких KIH и ниже относительно низкой критической температуры. Стали Cr-Mo и Cr-Mo-V аналогичным образом и в значительной степени подвержены H-растрескиванию при напряжении в H2 от умеренного до высокого давления при температуре, близкой к температуре окружающей среды (раздел 3.5). Однако ни одна из сталей не демонстрирует вредного взаимодействия между IHAC и HEAC. Имеются ограниченные данные IHAC для сталей 1Cr-0,5Mo@, 1,25C-0,5Mo@ и C-0,5Mo@, но результатов недостаточно для обоснования оценки MPT или FFS. В разделе 4 разрабатывается техническая основа для оценок MPT и FFS с использованием данных механики разрушения, представленных в разделе 3. Влияние концентрации H @ температуры @ и геометрии тела трещины на KIH эффективно моделируется на основе фундаментальной концепции подобия концентрации H в вершине трещины: Равный ущерб H (равный KIH) создается за счет одинаковой концентрации H в вершине локализованной трещины. Для такого докритического роста трещин@ модель на основе улавливания Н, разработанная Аль-Румаихом и Ганглоффом (АГ)@, а также инженерная модель Андерсона и Брауна (AB)@, используют эту концепцию для разработки основных кривых, которые эффективно коррелируют большой объем данных KIH для каждой из трех баз данных стали 2?Cr-1Mo (раздел 4.1). Теоретическая модель AG полностью оправдывает инженерную модель AB@, которая обеспечивает оптимизированный инженерный подход для оценок MPT и FFS, направленный на минимизацию докритических IHAC. Научная модель, описывающая нестабильное растрескивание, вызванное H, недоступна. Вместо этого @ процедуры FFS для предотвращения нестабильного быстрого разрушения при останове и запуске предполагают сочетание оценки трещиноподобных дефектов API 579 уровня 2 @ в сочетании с подходом основной кривой Уоллина для определения вязкости разрушения в переходной области (раздел 4.2). В последнем случае @ основная кривая зависимости KIC-H от (T-To) консервативно описывается с уровнем достоверности от 95% до 99% с использованием повышения температуры на 50 ??(90 ?? индекса температуры без H (ToH) @ приводит к ToH = FATTthermal. Этот температурный сдвиг основан на изучении распределения проверенных данных по вязкости разрушения, собранных и обработанных в разделе 3.3@, и в равной степени относится как к опорной пластине, так и к металлу сварного шва. Этих данных недостаточно для поддержки систематического влияние концентрации растворенного H на уровень этого температурного сдвига. Сдвиг на основе H в методе Charpy FATT не используется для определения этого влияния H на KIC-H в зависимости от температуры. Для оценки быстрого разрушения уровня 1 @ давление-температура по умолчанию Кривая была разработана для упрощения процедуры. Если это описание основной кривой KIC-H дает неэкономично высокий MPT для реактора, изготовленного с использованием более старой термостойкой стали с высоким содержанием FATT, можно провести дополнительные эксперименты для измерения KIC-H в зависимости от температуры для этого класса Cr -Mo сталь, чтобы оправдать более низкий MPT. В разделе 5 изложена предлагаемая архитектура определения MPT@, которая определяется как стабильными критериями IHAC, так и нестабильными критериями быстрого разрушения. По каждому критерию предусмотрено три уровня оценки. Уровень 1 представляет собой самый простой и наиболее консервативный метод, тогда как уровень 3 представляет собой наиболее сложную процедуру и содержит наименьший консерватизм. Пользователь FFS может смешивать уровни оценок@ в зависимости от ситуации. Например, @ если MPT ограничен стабильным критерием IHAC @, пользователь может комбинировать оценку быстрого разрушения уровня 1 с оценкой стабильного IHAC уровня 2 или 3.
API TR 934-F PART 4-2018 История
2018API TR 934-F PART 4-2018 Влияние водорода на определение минимальной температуры наддува (MPT) для толстостенных стальных корпусов реакторов (ПЕРВОЕ ИЗДАНИЕ)