Abstract Boiler tubes used in power plants and manufacturing industries are prone to failure due to the harsh environment they operate in, usually involving high temperature, pressure, and some erosive-corrosive mechanism. Among the wide range of failures associated with the tubes, localized external erosion continues to be a leading cause of tube leakages and unscheduled boiler outages in power plants and other utilities. This paper lays the foundation to develop a rapid decision-making tool to help prioritize the maintenance, repair, or replacement of these tubes. A failure assessment methodology is proposed, based on the analysis of failed localized thinned tubes from a power plant. Minimal geometric measurements are available for each failed tube (width of flaw, length and flaw and minimal remaining thickness). Finite element models of idealized flaws are created that match the measured data for all the failed tubes. Finite element models with higher remaining wall thickness than the measured values are also constructed. Using two material models, comprehensive nonlinear finite element analyses are conducted on the 160 modeled flawed tubes. The flawed tubes are assessed using the API-ASME fitness-for-service assessment protocol to demonstrate how these flawed tubes would be ranked from most severe to least severe. Allowable wall loss for some of the considered flawed tubes ranges from 44% to 81% of the original wall thickness, indicating that fitness-for-service assessments can establish safe operation even for substantially eroded boiler tubes.

中文翻译：

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具有局部外部腐蚀缺陷的锅炉管失效评估方法

摘要 发电厂和制造业中使用的锅炉管由于其运行环境恶劣，通常涉及高温、高压和一些侵蚀腐蚀机制，因此容易发生故障。在与管道相关的各种故障中，局部外部腐蚀仍然是发电厂和其他公用事业中管道泄漏和非计划锅炉停机的主要原因。本文为开发快速决策工具奠定了基础，以帮助确定这些管的维护、修理或更换的优先顺序。基于对发电厂失效局部变薄管的分析，提出了一种失效评估方法。每个失败的管都可以进行最小几何测量（缺陷宽度、长度和缺陷以及最小剩余厚度）。创建理想化缺陷的有限元模型，以匹配所有失效管的测量数据。还构建了剩余壁厚高于测量值的有限元模型。使用两种材料模型，对 160 个建模有缺陷的管子进行全面的非线性有限元分析。使用 API-ASME 适合服务评估协议对有缺陷的管子进行评估，以展示如何将这些有缺陷的管子从最严重到最不严重进行排名。一些考虑有缺陷的管道的允许壁厚损失范围为原始壁厚的 44% 到 81%，这表明即使对于严重腐蚀的锅炉管道，适用性评估也可以建立安全运行。还构建了剩余壁厚高于测量值的有限元模型。使用两种材料模型，对 160 个建模有缺陷的管子进行全面的非线性有限元分析。使用 API-ASME 适合服务评估协议对有缺陷的管子进行评估，以展示如何将这些有缺陷的管子从最严重到最不严重进行排名。一些考虑有缺陷的管道的允许壁厚损失范围为原始壁厚的 44% 到 81%，这表明即使对于严重腐蚀的锅炉管道，适用性评估也可以建立安全运行。还构建了剩余壁厚高于测量值的有限元模型。使用两种材料模型，对 160 个建模有缺陷的管子进行综合非线性有限元分析。使用 API-ASME 适合服务评估协议对有缺陷的管子进行评估，以展示如何将这些有缺陷的管子从最严重到最不严重进行排名。一些考虑有缺陷的管道的允许壁厚损失范围为原始壁厚的 44% 到 81%，这表明即使对于严重腐蚀的锅炉管道，适用性评估也可以建立安全运行。使用 API-ASME 适合服务评估协议对有缺陷的管子进行评估，以展示如何将这些有缺陷的管子从最严重到最不严重进行排名。一些考虑有缺陷的管道的允许壁厚损失范围为原始壁厚的 44% 到 81%，这表明即使对于严重腐蚀的锅炉管道，适用性评估也可以建立安全运行。使用 API-ASME 适合服务评估协议对有缺陷的管子进行评估，以展示如何将这些有缺陷的管子从最严重到最不严重进行排名。一些考虑有缺陷的管道的允许壁厚损失范围为原始壁厚的 44% 到 81%，这表明即使对于严重腐蚀的锅炉管道，适用性评估也可以建立安全运行。