Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
LDR
15‐mrt‐2016
Faalmechanisme KRUIP
Rob GOMMANS
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
1
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam Ook te vinden op: www.lasgroepldr.nl LinkedIn: LasgroepLDR http://lasgroepldr.wordpress.com Twitter: @lasgroepldr
Uw naam:
Hellevoetsluis, 4 maart 2016 Geachte heer / mevrouw, Het is het bestuur van de LDR een genoegen u uit te nodigen voor een bijeenkomst die plaats zal vinden bij; Novotel, Hargalaan 2, 3118 JA te Schiedam. Dinsdag 15 maart 2016, aanvang 20:00 uur Deze avond zal er een interessante lezing verzorgd worden door Rob Gommans, werkzaam bij de MC Know-How, met als onderwerp:
Faalmechanisme “Kruip” Rob Gommans is zijn carrière gestart bij DSM, waar hij betrokken was bij metaalkundig onderzoek, eigenschappen en gedrag van metallieke materialen en schadeonderzoek. Met als specialisme, hoge temperatuur problemen en schadeonderzoek. In 2000 heeft hij zijn eigen bedrijf gestart, Gommans Metallurgical Services (GMS) dat sinds 2016 actief is onder de naam Materials & Corrosion Know-How. Met zijn opgedane kennis en Know-How zal hij tijdens de LDR bijeenkomst ons meenemen in de wereld van Kruip.
“Kruip is de blijvende plastische vervorming van een materiaal dat gedurende langere tijd op hogere temperatuur op spanning belast wordt. Kruip is doorgaans een ongewenst en levensduurbeperkend verschijnsel” Kijkt u ook eens op onze website www.lasgroepldr.nl Met vriendelijke groet, Namens het bestuur van de LDR Jeroen Bodt LET OP!! In de plaats van door het bestuur af te geven verklaring dat de lezing, excursie etc. is bijgewoond (voor verlenging van diverse certificaten) zal een stempel op de aan u gestuurde uitnodiging worden gezet dat door het bestuur zal worden ondertekend als bewijs van presentie. Dus de uitnodiging meenemen!!!
Penningmeester LDR Zwijndrecht Email:
[email protected] ABN-AMRO 50.88.24.303 ING Bank 4723020
CURRICULUM VITAE
Rob GOMMANS Rob Gommans (1961; Dutch nationality) studied materials science and engineering at the Delft Technical University and has a Master’s Degree since 1987. During this period practical work has been performed at Sandoz (now Novartis) in Switzerland. His Master’s Thesis has been performed at the Joint Research Centre of the European Commission about the interaction between creep and high-temperature. In 1987 Rob Gommans has started his career at DSM and worked for all its production plants. He was involved in materials investigations, properties and behaviour of metals and alloys and failure investigations. In most cases these metals have been applied as pressure vessel components or (rotating) machine parts. However, Rob Gommans is specialized in high-temperature problems, brittle fracture and failure investigations and mainly worked for the ethylene and ammonia plants. In 2000 Rob Gommans has started his own business as independent technical consultant in the area of materials behaviour. He worked for the (petro-)chemical industry, EPC-contractors, power stations, pulp- and paper industry, boiler and vessel manufacturers, manufacturers of special high-temperature steels, steam- and gas turbine manufacturers, insurance companies and damage surveyors. Rob Gommans is also active in various technical (materials) committees, such as the Technical Committee for Pressure Vessels in the Netherlands and the European Collaborative Creep Committee. Rob Gommans has set-up inspection programs (a.o. for urea and ammonia plants) based on RBI philosophy and supervised these inspections. He performed failure investigations, provided consultancy for many clients/companies, mainly in Europe, but also in Brazil, Argentina, United Arab Emirates, Saudi Arabia, Iran, Kuwait, Qatar, Syria, Libya, Egypt, Canada, USA, India, Bangladesh, Pakistan, Malaysia and Singapore. He organises training and courses on materials, corrosion, inspections and is also asked as guest speaker in this area. Training courses has been provided as open courses and in-house training for many clients. Technical presentations have been held at various (international) conferences. He assisted Giel Notten with the high-temperature subjects in his Corrosion Engineer Guide. Rob Gommans has also acted as expert witness in arbitration and court cases.
CURRICULUM VITAE
Rob GOMMANS Rob Gommans (1961) studied materials science and engineering at the Delft Technical University and has a Master’s Degree since 1987. During this period practical work has been performed at Sandoz (now Novartis) in Switserland. His Master’s Thesis has been performed at the Joint Research Centre of the European Commission in Petten about the interaction between creep and high-temperature corrosion of Alloy 800H in a sulfidising, carburising and oxidising atmosphere. In 1987 Rob Gommans has started his career at DSM and worked for all (53) its production plants. He was involved in materials investigations, properties and behaviour of metals and alloys and failure investigations. In most cases these metals have been applied as pressure vessel components or (rotating) machine parts. However, Rob Gommans is specialized in high-temperature problems, brittle fracture and failure investigations and mainly worked for the ethylene, syngas and power generation plants. He has many contacts in the (petro-)chemical industry in Europe and actively participated in national and European projects. In 2000 Rob Gommans has started his own business as independent technical consultant in materials science : "Gommans Metallurgical Services" (GMS). He worked for the (petro-)chemical industry, EPC-contractors, power stations, pulp- and paper industry, boiler and vessel manufacturers, manufacturers of special high-temperature steels, steam- and gas turbine manufacturers, insurance companies and damage surveyors. E-mail :
[email protected] Between 2005 and 2015 he owned MCC Materials & Corrosion Consultants, a company specialised in investigations, inspections, and consultancy on materials and corrosion. Mainly for pressure vessels and (rotating) machinery in the process industry. Complete inspections including scaffolding, insulation (removal and application) and NDT were managed in-house. "One-stop shopping" for materials and welding, corrosion, inspections, regular and specialised NDT (including rope access), mechanical testing, metallurgical laboratory. Since 2016 Rob is active under the name of Materials & Corrosion Know-How (MC-KnowHow). The activities have remained similar and more emphasis is given to defining and predicting failure and damage mechanisms. E-mail :
[email protected] ; website : www.mc-knowhow.nl In 2008 SINTRA Engineers (Structural INTegrity and Reliability Analysis) has been initiated. As the name already indicates the integrity and safety of plants, equipment and damaged components is assessed using Fitness-For-Service techniques (API-579, BS-7910). Fracture mechanics and Finite-Element-Modeling calculations (Abaqus) are used. Website : www.sintra-engineers.nl In 2009 the MTOC (Dutch for Materials and Technological Research Centre) has been initiated. This building houses specialised companies in the area of materials, engineering, technology, simulations, advanced calculations and investigations. By joining these expertise’s in one building a higher level of synergy is achieved for the clients. MC-KnowHow and Sintra Engineers participate in the MTOC. Website : www.mtoc.info Rob Gommans is also active in various technical (materials) committees : - Technical Committee for Pressure Vessels (TCD; Technische Commissie voor Drukapparatuur) member since 1997 - Working Group on Materials (WG/M) of the TCD member since 1993 ; chairman since 1997 - European Collaborative Creep Committee : - chairman of the Working Group on Austenitic Steels (1995-1999) - member of the Management Committee (1995-1999) - member of the Working Group on Austenitic Steels (1992-1995 and 1999-2006) - Dutch Contact Group on Creep and High-Temperature Phenomena (from 1989 onward), part of the Dutch Materials Society. Secretary of the Contact Group since 2010. - member of the Corrosion Advisory Board of the IIR (sinds 2011), that organizes conferences and courses in the area of corrosion and materials. Rob Gommans has performed inspections, failure investigations, provided consultancy for many clients/companies, mainly in Europe, but also in Brazil, Argentina, United Arab Emirates, Saudi Arabia, Iran, Kuwait, Qatar, Syria, Libya, Egypt, Canada, USA, India, Bangladesh, Pakistan, Malaysia and Singapore. He organises training and courses on materials, corrosion, inspections and is also asked as guest speaker in this area. Rob Gommans has also acted as expert witness in arbitration and court cases.
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
INHOUDSOPGAVE 1. 2. 3. 4. 5.
introductie en schades kruip ‐ inleiding kruip ‐ mechanismen kruip ‐ levensduur kruip ‐ voorbeelden
optioneel : 1. hoge‐temperatuur corrosie 2. SRC = Strain Relaxation Cracking
•
• • • • •
gespecialiseerd in het gedrag van metalen in hun omgeving (T, medium, %, pH, etc.) en belastingsomstandigheden (P, tR, Nf). schakel tussen theorie en praktijk. onderzoeken van complexe schadegevallen het geven van materiaal- en reparatie-adviezen opstellen inspectieplannen en -termijnen uitvoeren van “risk-based” inspecties
•
langdurige industriële kennis en ervaring in dit vakgebied
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
1
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
C-Mn staal / PWHT 560°C / martensiet / tegenlas
CORROSIE onder ISOLATIE • • • • • •
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
½Mo‐stalen regeneratieleiding molzeven NH3‐fabriek) alternerende bedrijfsvoering (T = ambient – 350°C) P = 70 bar waterstof (H2) personal protection isolatie
1
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
overheating due to operator error root cause : management decision other examples : ‐ row 2 of AFA2 gas turbine (choking) ‐ Agrium primary reformer 1998
8 nov 2012 explosie Centrale Nijmegen Hoofdstoom Leiding Ø600 x 35 mm 180 bar - 540°C X20CrMoV12.1
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
2
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
multiple factors required for catastrophes such as :
facilitated by :
‐ material defect, weld defect ‐ design mistake ‐ operating mistake ‐ management decision ‐ corrosion, mechanical failure ‐ etc. ‐ lack of knowledge, training ‐ lack of exchanging information of failures ‐ retirement of experienced engineers and experts
INHOUDSOPGAVE 1. introductie en schades
2. kruip ‐ inleiding 3. kruip ‐ mechanismen 4. kruip ‐ levensduur 5. kruip ‐ voorbeelden
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
3
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
wat is “KRUIP”? tijd-afhankelijke plastische vervorming onder invloed van belasting (constant of wisselend) onder invloed van hoge temperatuur (T > 0,4 Tm in K) bij σ < Re (T) -
staal : aluminium : lood : ijs : kunststoffen :
> 400 °C > 100 °C > -50 °C > -150 °C > 0 °C
gevolg: vervormingen scheuren (locaties met hoogste spanning het eerst)
RestLevensduur problematiek bij hoge-temperatuur installaties -
hoge-druk stoomsystemen (>50 bar) stoomketels, OVO’s, turbines, leidingwerk - gasturbines (stationair en vliegend) - stralings- en convectiesecties van fornuizen - ? staaf onder belasting wordt langer buis onder inwendige druk zwelt op
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
4
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
thin-lip fish-mouth rupture (short-term overheating)
thick-lip creep rupture (long-term creep)
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
5
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
veel toegepaste materialen grenstemperatuur [°C]
staalsoort type
voorbeelden
voor kruip voor kruip-vermoeiing
C-staal C-Mn staal
St.35.8, St. 45.8 P265GH, P355GH
16Mo3, 16Mo5, Grade 1 13CrMo4-5, Grade 11/12 10CrMo9-10, Grade 22 laaggelegeerd Cr-Mo-V staal 14MoV6-3, 1CMV hooggelegeerd Cr-Mo staal X11CrMo5; Grade 5 X11CrMo9-1; Grade 9 martensitisch Cr-Mo staal X20CrMoV11-1, Grade91
400
350
475
425
575
525
laaggelegeerd Cr-Mo staal
austenitisch RVS
TP 304, TP316 TP321, TP347 TP310 X10NiCrAlTi32.20
Alloy 800 H/HT
primary Yield strain
secondary
tertiary
t Elastic deformation
Time
Few voids
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
Orientation
Micro-cracks
6
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
Scheuren betekenen het eindstadium van de levensduur. Vooraf hieraan onderkennen we gedurende de bedrijfstijd diverse degradatiestadia die aangegeven worden in kruipklassen 0 t/m 5 Achtereenvolgens ontstaat: • Structuurverval en carbidevorming (klasse 1) • Ontstaan van niet-georiënteerde kruipholten (klasse 2) • Ontstaan van georiënteerde kruipholten (klasse 3) • Microscheuren (klasse 4) • Macroscheuren (klasse 5)
Neubauer (TüV 1983), VGB TW-507, NordTest TR 170
..... . .....
.......... . . . . . ............ ...... ..... .. ........... .. ........ ......... Klasse 0
.... ....... . ............ ........ .................................. .... ............. ... .. .. .. ... . . . . .. ...... ....... ..... ... . ... .... . .......... ........ . ...... . .... ... ....... .. .... ... ... ...... ...................................... ............. ...... .. .... .......... ... ................ . ..... . . . .. . . . .. . .. . ............ .... ............................. ...... ... .. Klasse 3
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
.... ........
. .. . . .. . . . .. . .. . . . . . . . .. . . . . . . . .. . . . . . . . . .... . . .. . .. . .. . . . . . . . . .. . . . . . .... . . . . . . . . . STAGE 2
Klasse 1
Klasse 2
1m m
Klasse 4
1m m
Klasse 5
7
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
structuurverval en carbidevorming (klasse 1) • structuurdegradatie door globularisering van perliet, bainiet of martensiet (in ferritische stalen) • verdere “rijping en faseverandering” door vorming carbides in de korrels en op de korrelgrenzen, met lagere hardheid en kruipsterkte als gevolg • gaat door als f (t,T)
geïsoleerde kruipholten (klasse 2) • secundair kruipstadium • holten (voids) worden gevormd op de korrelgrenzen, bij voorkeur op tripelpunten, tgv. afschuiving van de korrels. • onderscheid tussen klasse 2A en 2B is de hoeveelheid gevormde (geïsoleerde) holten.
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
8
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
georiënteerde kruipholten (klasse 3)
• Holten gaan zich oriënteren op de korrelgrenzen • Oriëntatie zichtbaar loodrecht op de spanningsrichting • Onderscheid tussen klasse 3A en 3B is de hoeveelheid gevormde holten (3B: parelsnoer)
klasse 3
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
9
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
micro-scheuren (klasse 4) • Holten groeien en groeien aaneen, waardoor de tussenliggende “damwanden” verdwijnen, en de eerste microscheurtjes worden gevormd. • scheurtjes verminderen de dragende doorsnede, waardoor spanning en vervormingssnelheid toenemen.
klasse 4A
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
10
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
klasse 4B
macroscheuren (klasse 5) • Tertiaire kruipstadium • Microscheurtjes groeien, groeien aaneen en vormen macroscheuren, die met DPI of MPI, vaak met blote oog zichtbaar zijn.
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
11
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
klasse 5
Werkproces RestLevensduur houdt zich bezig met de beheersing van de faalmechanismen kruip en kruip-vermoeiing (LCF) TEAM (senior) proces technoloog (senior) mechanical engineer inspectie deskundige (IKT-3) hoge-temperatuur materiaaldeskundige vertegenwoordiger AKI
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
12
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
ontwerp 100.000 uur na 100.000 uur : inventarisatie (P, T, N) en dimensies
werkproces beheersing faalmechanismen
berekening spanningen en verbruiksfractie (u)
“kruip en LCF”
selectie kritische componenten
RToD T0102 PRD 2.3 bijlage 7
opstellen eerste / vervolg aanvullend onderzoek uitvoering onderzoek
ontoelaatbare kruipschade : uitbreiding onderzoek, reparatie of vervanging
evaluatie resultaten
INHOUDSOPGAVE 1. introductie en schades 2. kruip ‐ inleiding
3. kruip ‐ mechanismen 4. kruip ‐ levensduur 5. kruip ‐ voorbeelden
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
13
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
KRUIP = tijd‐afhankelijke plastische vervorming onder invloed van belasting, temperatuur en tijd 400
350
warmsterkte P355GH
sterkte [MPa]
300
250
200
150
Re
100
[MPa]
R1%100k [MPa] Rmg200k [MPa]
50
0 0
100
200
300
400
500
temperatuur [°C]
Kruipproef
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
14
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
KRUIPCURVE infuence of temperature or stress
primaire kruip afnemende kruipsnelheid door versteviging door vorming van meer dislocaties
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
15
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
secundaire kruip Gelijkblijvende kruipsnelheid omdat evenveel dislocaties gevormd worden als dat opgeheven worden
SECONDAIRE KRUIP
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
16
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
DISLOCATIE-KRUIP
dislocatie-beweging door glijden (in één glijvlak)
m = 0 en n 3 dislocatie-beweging door glijden en klimmen
DIFFUSIE-KRUIP
m = 2 (volume) m = 3 (korrelgrens) en n = 1
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
17
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
Deformation mechanism maps
(1)
Deformation mechanism maps
(2)
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
18
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
extrapolatie probleem 1 E-03
Alloy 800 H/HT @ 800°C
strain rate [1/h]
1 E-04
Alloy 800H bottom manifold DMY
T = 800°C
P = 30 bar
1 E-05
1 E-06 diffusion creep dislocation creep combined creep
1 E-07
1 E-08 1
10
stress [MPa]
100
stabiliteit micro-structuur S T A BI E L
N IE TS T A BI E L
Omega methode
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
19
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
tertiaire kruip
vermindering van dragend oppervlak door vorming van holten en scheuren
INHOUDSOPGAVE 1. introductie en schades 2. kruip ‐ inleiding 3. kruip ‐ mechanismen
4. kruip ‐ levensduur 5. kruip ‐ voorbeelden
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
20
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
kruipproef
13 CrMo 4-5 bij T = 500°C
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
21
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
parametrische benadering Larson - Miller PLM = T * (C + log tR) C = 15-25 / T in K / tR in hours
Manson - Haferd log tR - C PMH = ---------------( T – To) n T in K / tR in hours / n ~ 1 / C = 10-15 / To ~ bedrijfstemperatuur
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
22
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
extrapolatie onbetrouwbaar ?
P91 @ 600°C 105h avg rupture USA : 100 MPa 1995 : 94 MPa 2009 : 90 MPa
invloed legeringselementen
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
23
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
modified 9Cr-steel (P91) element
content
C N V Nb
0.08 – 0.12 0.03 – 0.07 0.18 – 0.25 0.06 – 0.10
influence formation of carbides and carbo-nitrides formation of carbo-nitrides VC (VNb)C (VNb)(CN) NbC (NbV)C (NbV)(CN) oxidation resistance; Cr23C6 formation
Cr
8.0 – 9.5
Mo
0.85 – 1.05
Ni
< 0.40
Mn
0.3 – 0.6
residual
Si
0.2 – 0.4
residual
Al
< 0.040
desoxidation
P
< 0.020
impurity
S
< 0.010
impurity
solid solution hardening; stabilisation of Cr23C6 ; formation of Mo2C and Laves limitation of delta-ferrite formation
P 91
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
24
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
influence of creep strength on wall thickness
calculation of used-life fraction material information
dimensions
(minimum) design curves or parametric formulae
load
operating history P(t) and T(t)
stress component formulae hoop stress formula bend : torus factor T-piece : z - factor
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
operating time
rupture time
used - life fraction
u
=
Σij tij / tRij
25
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
sensitivity of used-life fraction ( for ferritic steels in HP-steam systems )
- temperature :
- u doubles every 15-20 °C
- pressure :
- u + 2% for every bar
- wall thickness
- (variable)
- hours
- linear
INHOUDSOPGAVE 1. introductie en schades 2. kruip ‐ inleiding 3. kruip ‐ mechanismen 4. kruip ‐ levensduur
5. kruip ‐ voorbeelden
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
26
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
calculation of used-life fraction material information
dimensions
(minimum) design curves or parametric formulae
load
operating history P(t) and T(t)
stress component formulae hoop stress formula bend : torus factor T-piece : z - factor
operating time
rupture time
used - life fraction
u
=
Σij tij / tRij
kruip - cases - korte-duur oververhitting - lange-duur oververhitting - kruip-vermoeiing interactie
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
27
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
case : korte-duur oververhitting
KVW-coil in convectie-sectie van oven - normaal niet in kruipgebied (300°C) - oververhitting bij opstart (>534°C) - medium = ketelvoedingswater (126 bar) - materiaal = staal 15Mo3
bedrijfsgegevens 600
534°C ?
rookgas
500
temperatuur [°C]
400
KVW
300
200
druk
100
flow
0 16:48
18:00
19:12
20:24
21:36
22:48
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
0:00
1:12
2:24
3:36
4:48
28
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
calculation of used-life fraction material information
Pijp ø114,3 x 8,8 mm
parametric ISO TR-7468
P= 126 bar (max)
minimum : σ = 1,25
operating history P(t), T(t) figuur
stress
tijd = 8 uur
rupture time
component formulae hoop stress formula
used - life fraction
σ = P · (OD-d) / 2d
u
Σij tij / tRij
=
RESULTAAT : oververhitting niet relevant component =
materiaal P1 = 15Mo3 P11 = 13CrMo44 P22 = 10CrMo910
LEIDING
onderdeel
in-bedrijfname uren per jaar bereken-datum 1 bereken-datum 2
1982 0 0 0
T materiaal [oC]
bedrijfsuren 0 0
Du [mm]
d [mm]
d-min [mm]
P [bar]
S [Mpa]
S*1,25 [Mpa]
tR-min bedrijftijd [uren] [uren]
P=constant slangen uitlaatkast leiding WV-424
101,6 101,6 114,3
7,0 7,0 8,8
7,0 7,0 8,8
126 126 126
85,1 85,1 75,5
106,4 106,4 94,4
570 570 570
P1 P1 P1
337 337 522
8 8 8
0,0237 0,0237 0,0153
< 3%
P = uurgemiddelde slangen slangen slangen slangen slangen slangen slangen slangen
101,6 101,6 101,6 101,6 101,6 101,6 101,6 101,6
7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0
7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0
73,2 76,7 86,9 101,2 108,0 108,5 98,2 118,4
49,5 51,8 58,7 68,4 73,0 73,3 66,4 80,0
61,8 64,8 73,4 85,5 91,2 91,6 82,9 100,0
570 570 570 570 570 570 570 570
P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1
1.467 1.233 778 445 351 345 497 249
1 1 1 1 1 1 1 1
0,0007 0,0008 0,0013 0,0022 0,0028 0,0029 0,0020 0,0040
19-20u 20-21u 21-22u 22-23u 23-24u 24-01u 01-02u 02-03u
u-totaal
8
0,0168
Σ
u-max [-]
uurgemiddelde per uur in de genoemde tijdperiode
alleen kruip beoordeeld / andere faalmechanismen ?
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
29
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
case : lange-duur oververhitting
OVO-coil in convectie-sectie van oven - normaal in kruipgebied (515°C) - set-point 20°C overtreden (binnen vergunning) - medium = hoge-druk stoom (P = 126 bar) - materiaal = staal 10 CrMo 9.10
calculation of used-life fraction pijp
material information
ø114,3 x 10 mm
parametric ISO TR-7468
ø273,1 x 14 mm
operating history
minimum : σ = 1,25
P= 126 bar (max)
P(-), T(+20°C)
stress component formulae hoop stress formula σ = P · (OD-d) / 2d
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
tijd = 12 jaar
rupture time
used - life fraction
u
=
Σij tij / tRij
30
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
lange-duur oververhitting component =
onderdeel of DN
materiaal P1 = 15Mo3 P11 = 13CrMo44 P22 = 10CrMo910
LEIDING
Du [mm]
d [mm]
d-min [mm]
P [bar]
S [MPa]
in-bedrijfname uren per jaar bereken-datum 1 bereken-datum 2 S*1,25 [MPa]
1980 8500 1995 2007
T materiaal [oC]
tR-min [uren]
bedrijfsuren 127,500 229,500 u-max 1995
u-max 2007
[-]
[-]
0.3320 0.1610
0.5977 0.2898
OVO-1 slangen uitlaatkast
114.3 273.1
10.0 28.0
9.0 24.5
126 126
component =
onderdeel of DN
73.7 63.9
92.1 79.9
d [mm]
P22 P22
materiaal P1 = 15Mo3 P11 = 13CrMo44 P22 = 10CrMo910
LEIDING
Du [mm]
515 515
d-min [mm]
P [bar]
S [MPa]
384,000 792,000
in-bedrijfname uren per jaar bereken-datum 1 bereken-datum 2 S*1,25 [MPa]
T materiaal [oC]
1995 8500 2007 2007 tR-min [uren]
u-max 2007
Σu 2007
[-]
OVO-1 + 20°C slangen uitlaatkast
114.3 273.1
10.0 28.0
10.0 28.0
126 126
65.7 55.1
82.1 68.9
535 535
P22 P22
110,000 241,000
0.9273 0.4232
1.2593 0.5842
lange-duur oververhitting : vaak :
op termijn
korte-duur oververhitting : - vaak geen probleem - maar (laten) controleren ONTHOUDEN : iedere +15°C halvering levensduur dus : bij 45°C factor 2*2*2 = 8 korter
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
31
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
=
Σ N / Nf fatigue damage
u
kruip vermoeiing interactie
fatigue damage
creep damage
u
=
Σ t / tR
base-load operation (creep-damage)
u
=
Σ t / tR
e.g. 25 yrs
creep damage
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
32
Lastechnische Discussiegroep Rotterdam
fatigue damage
MC‐KnowHow ‐ lezing LDR 29 maart 2016
change base-load two-shifting (LCF after creep)
e.g.
in year 27
creep damage
BEDANKT VOOR UW AANDACHT !
Rob GOMMANS your Materials & Corrosion Consultant
Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS
33
Company details
Materials & Corrosion Know - How b.v.
Statutory address
Eiland 15 | 6107CA Stevensweert | The Netherlands
Correspondence-address MTOC Building | Kampstraat 86 | 6163HG Geleen | The Netherlands Telephone
Rob Gommans
+31 46 410 7709 +31 6 5135 6198
Internet
internet site e-mail address
www.mc-knowhow.nl
[email protected]
Banking data
ING Bank | P.O. Box 54 | 6190AB Amsterdam | The Netherlands IBAN NL31 INGB 0007 1819 24 BIC / SWIFT INGB NL2A
Chamber of Commerce
Chamber Roermond nr. 1205 6223 SBI-codes 7112 / 71202 / 71203 / 72192
VAT-number
NL.8141.00.478.B01
Qualifications
M.Sc. in Materials Science and Engineering (1987, Delft University) Eur.Ing. recognised by FEANI (2000, certificate 00/001/GO) Level III Inspection Specialist (2003, Hogeschool Utrecht - NL)
Membership
KIVI (Royal Dutch Institute of Engineers) - member number 4423 FEANI (European Federation of National Engineering Associations) Bond voor Materialenkennis (Dutch Materials Society) NACE (National Association of Corrosion Engineers, member nr. 315736)
Gommans Metallurgical Services is a trade name of M.C. Know-How bv
(office) (mobile)