5._히터튜브_설계_베이스_및_수명평가[1]

보일러&히터 튜브 열화수명평가보일러&히터 튜브 열화수명평가보일러&히터 튜브 열화수명평가및 API 530 설계일반

보일러&히터 튜브 열화수명평가및 API 530 설계일반및 API 530 설계일반및 API 530 설계일반

현대오일뱅크 검사팀 정호근과장

2008년 4월 30일

목목 차차목목 차차

1111 API 530 설계 일반API 530 설계 일반

Elastic & Creep_Rupture Design BaseElastic & Creep_Rupture Design Base

2222 히터 보일러 튜브 수명평가히터 보일러 튜브 수명평가

Limitation & Basic DataLimitation & Basic Data

2222 히터 보일러 튜브 수명평가히터 보일러 튜브 수명평가

API 530 LMP 수명평가API 530 LMP 수명평가

Creep 및 수명평가 절차 Step별 정리Creep 및 수명평가 절차 Step별 정리

API 579 Chapter 10. OMEGAAPI 579 Chapter 10. OMEGA

소


Elastic & Creep Rupture 개념정의

제목

사용용어 & D t Sh t

Elastic & Creep_Rupture 개념정의

커버 범위 & Limitation

기사용용어 & Data Sheet

설계 일반 재질별 Limiting Temp

술사항정

Elastic Design

Elastic _ Cerrp 구분 온도 한계Creep Rupture Design

Heater Tube NDT

설계 일반

Equivalent Tube Metal Temp.

재질별 Limiting Temp.리

튜브재질 & 수명평가 기준온도실제 튜브 두께 결정결과물

5


ElasticElasticElasticDesignElasticDesign 모든 Short Term Over Pressure

Elastic Design Govern모든 Short Term Over PressureElastic Design Govern

모든 Long Term Operation모든 Long Term OperationCreep_Rupture

DesignCreep_Rupture

Design 모든 Long Term OperationRupture Design Govern모든 Long Term OperationRupture Design Govern

DesignDesign

1 범 위


1. 범 위정유공장용 신규 Heater 제작시 필요한 Tube 두께를 계산하는 절차 및 설계조건에 관한 내용을다루며 부식성분위기 및 非부식성 분위기 모두에 대해 적용할 수 있다. 그러나 Heater 외부의Piping 은 취급하지 않는다. 또 Tube Retirement Thickness 에 관해서는 포함하지 않고, Tube 잔여 수명평가 기법에 관해 기술한다잔여 수명평가 기법에 관해 기술한다

2. Limitations1) 허용응력은 단지 항복응력과 Rupture Strength 만을 고려하였고 소성응력과 Creep Strain은 고려하지 않았다. 만일 이러한 허용응력을 적용하면 몇몇 적용분야에서 소규모의 영구변형을 초래할 우려가 있으나, 이러한 작은 영구변형으로 인해 Heater Tube 의 안전이나 운전에 영향을 미치지는 않을 것이다.2) 흑연화(Graphitization) 침탄 Hydrogen Attack과 같은 재질에 악영향을 주는 환경요인은2) 흑연화(Graphitization), 침탄, Hydrogen Attack과 같은 재질에 악영향을 주는 환경요인은고려되지 않았다. H2 Attack 에 대한 Limitation 은 Nelson Chart 를 고려하여야 한다.3) 무계목관(Seamless Tube)을 기준으로 한다. Tube 가 길이방향의 용접부를 가질 때의 허용응력은 적절한 용접이음효율(Joint Efficiency Factor)을 곱한 값을 사용해야 한다. JointEfficiency Factor 는 둘레방향 용접부위에는 적용되지 않는다.4) Tube 두께에 대한 외경비가 0.15 이하인 Thin Tube 에만 적용할 수 있고 이 보다 더 두꺼운 Tube 를 설계하기 위해서는 부가적인 고려가 있어야 한다.5) Cyclic Pressure 나 Cyclic Thermal Loading 은 고려되지 않았다5) Cyclic Pressure 나 Cyclic Thermal Loading 은 고려되지 않았다6) 부가하중은 내압만을 고려한다. 열응력에 대한 Limit 는 뒤에 다룬다. 자중, Support, EndConnection 등으로 인한 응력 제한은 고려하지 않는다.7) 허용응력곡선에 나타낸 대부분의 Larson Miller Parameter Curve 는 전형적인 LarsonMiller Curve 는 아니고 100,000 시간 Rupture Strength 를 기준으로 구한 것이다. 따라서이 Curve 로 20,000 시간 이하 및 200,000 시간 이상의 설계수명용 Rupture Strength 를산출하면 신뢰성이 없다.

3 필요한 정보


3. 필요한 정보

다음과 같은 일반적인 설계변수 즉 설계압력, 설계유체온도, 부식여유 및 Tube 재질이

정해져야 하고 또한 다음의 정보가 추가적으로 주어져야 한다.Heater Tube 의 설계수명

Equivalent Temperature 개념이 필요하다면 SOR 및 EOR 시의 운전조건

온도여유 (Temperature Allowance)온도여유 (Temperature Allowance)Corrosion Fraction (그림 1.과 다를 경우)Elastic Range Thermal Stress Limit 의 적용여부

만일 위의 항목 중 확실치 않은 경우는 아래의 Parameter 를 사용하여야 한다.Heater Tube 의 설계수명 = 100,000 시간Heater Tube 의 설계수명 100,000 시간

Design Metal Temperature 는 Maximum Metal Temperature 에 기초를 둔다. (Equivalent Temperature 개념은 적용하지 않는다.)Temperature Allowance = 25 ℉(15℃)Temperature Allowance = 25 ℉(15℃)Corrosion Fraction 은 그림 1. 적용

Elastic Range Thermal Stress Limit 적용

4 용어정의


4. 용어정의

1) Design Metal Temperature (Td) [단위 : ℉,℃]

2) Equivalent Tube Metal Temperature (Te) [단위 : ℉,℃]) q p ( ) [ 위 , ]

3) Elastic Design Pressure (Pe) [단위 : psi, ㎫]

4) Rupture Design Pressure (Pr) [단위 : psi, ㎫]

5) Corrosion Allowance (CA) [단위 : in mm]5) Corrosion Allowance (CA) [단위 : in, mm]

6) Temperature Allowance (TA) [단위 : ℉,℃]

7) Minimum Thickness (tm) [단위 : in, mm].

8) Stress Thickness (ts) [단위 : in, mm]

9) Outside Diameter (Do) [단위 : in, mm]

10) Actual Inside Diameter (Di) [단위 : in mm]10) Actual Inside Diameter (Di) [단위 : in, mm]

11) Inside Diameter (D’i) [단위 : in, mm]

12) Design Life (Ld) [단위 : hr]

) ( ) [ ]13) Elastic Allowable (Se) [단위 : psi, ㎫].

14) Rupture Allowable (Sr) [단위 : psi, ㎫]

15) Rupture Exponent (n)) p p ( )


API Fired Heater Data Sheet

API 530 설계 일반사항


API 530 설계 일반사항

300℃의 Oil Furnace Tube 에서 운전되는 탄소강과 600℃의 Catalytic Reformer Tube 에서

운전되는 Cr-Mo 강의 변형거동은 근본적으로 차이가 있다. 고온에서 운전되는 강은 비

록 항복강도보다 낮은 응력범위에서도 Creep 현상으로 인해 영구변형을 일으킨다 Tube록 항복강도보다 낮은 응력범위에서도 Creep 현상으로 인해 영구변형을 일으킨다. TubeMetal Temperature 가 Creep 을 일으킬 정도로 충분히 높으면 산화나 부식이 없더라도

Tube 는 결국 Creep Rupture 된다. 저온에서 운전되는 강은 Creep 현상이 발생하지 않기

때문에 Creep 영향을 무시할 수 있다. 이런 경우 경험적으로 Tube 는 부식이나 산화가때 에 p 영향을 무시할 수 있다 이 경우 경 적 부식이나 화가

발생하지 않으면 이론적으로 무한히 사용할 수 있다.두 온도구간에서 재질거동이 근본적으로 다르기 때문에 Heater Tube Design 시에는

Elastic Design 과 Creep Rupture Design 으로 나누어 설계한다. Elastic Design 은 ElasticRange, Lower Temperature, 허용응력은 항복응력기준으로 설계하고 Creep RuptureDesign 은 Creep Rupture Range, Higher Temperature, 허용응력은 Rupture Strength 기준으

로 설계한다.Heater Tube 에 대해 Elastic 과 Creep Rupture Range 를 구분하는 온도는 특정한 SingleValue 가 아니다. 이는 Tube 사용재질에 따라 온도범위가 달라진다. 예를 들면 탄소강은

425℃가 Lower Temperature 의 상한치이고, SUS 347 은 약 590℃이다. Design Range 를결정하는 고려사항으로 Elastic & Rupture Design Pressure 설계수명 및 부식여유 등이결정하는 고려사항으로 Elastic & Rupture Design Pressure, 설계수명 및 부식여유 등이

있다.Elastic 과 Rupture Allowable Stress Curve 가 만나는 온도범위에서는 Elastic 과 Rupture설계식을 모두 만족시켜야 하는데 이 때 최소두께(tm)는 두개의 Curve 로 계산한 값 중설계식을 모두 만족시켜야 하는데, 이 때 최소두께(tm)는 두개의 Curve 로 계산한 값 중

큰 것을 취한다.

Heater Tube Thickness



API 530 ‘Heater Tube Thickness’

Check Existing Tube ThicknessCheck Existing Tube ThicknessDetermine Retirement ThicknessCreep - High Temperature- Permanent Damage



API 530 ‘Heater Tube Thickness’

Elastic - Low Temperature- No Permanent Damage Creep - High Temperature- Permanent Damage




Creep Rupture Stress

fBefore 1978- Average

High Failure Rates

Aft 1978 Mi iAfter 1978- Minimum


Creep Temperatures for Tube Metallurgy


High Tube Temperatures

Sagging and Bowing

Oxidation or Scalingg

Bulging or Creep Leading to Rupture

Metallurgical ChangeMetallurgical Change

Increased Corrosion

Thermal Fatigue (Temperature Cycling)

Coking

G


Process Metallurgy Guide





TWT

TWT= Bulk+Film+Metal+fouling– Film= 60-150ºF(30-75ºC)

– Metal= 10-20ºF(5-10ºC)

Coking-black oil processes-4mm coke raises TWT 100ºF (50ºC)

Hydrotreating-FeS scale-0.8mm scales raises TWT 100ºF (50ºC)


Non Destructive Heater Tube Testing

Wall thickness (Ultrasonic Testing)

Diameter Growth (Tube Banding)( g)

Brinell Hardness (Hardness)

Replication (Surface Structure)Replication (Surface Structure)

소

2222 히터 & 보일러 튜브 수명평가히터 & 보일러 튜브 수명평가

파괴 일반 개념 & Creep 수명평가 일반

제목

API 530 & API 579 Limitation / 수명평가 비교

수명평가 업무 절차

기

Damage Rating

API 530 LMP 사용 수명평가

API 581 RBI BRD App. J. Furnace

API 579 Ch.10 Omega 사용 수명평가

술사항정 g g

현대오일뱅크 수명평가 업무 절차

Life Fraction

pp리

기계적 열화 & 금속학적 열화 비교

수명평가 업무 절차별 접근 Step

수명평가 수치의 의미화

결과물

수명평가 수치의 의미화

5


1111 DRIVING FORCE ( 내압 / 온도 / Creep / Fatigue ) DRIVING FORCE ( 내압 / 온도 / Creep / Fatigue )

2222 RESISTANCE FORCE ( 재질 고유의 물성 / 외부 보강 & 보수물 )RESISTANCE FORCE ( 재질 고유의 물성 / 외부 보강 & 보수물 )

D > R : 파괴 발생D < R 안전D > R : 파괴 발생D < R 안전D < R : 안전D < R : 안전

2222 히터 & 보일러 튜브 수명평가 _ 히터 & 보일러 튜브 수명평가 _

Remaining Strength FactorRemaining Strength Factor Failure Assessment DiagramFailure Assessment Diagram

히터히터&&보일러보일러


히터히터&&보일러보일러튜브수명평가튜브수명평가

외경측정/두께측정

주기별주기별 재검사재검사1st Step 검사

No

Yes일반 비파괴검사

금속조직검사

2nd Step 검사 운전운전//정비정비

이력이력

금속조직금속조직

열화평가열화평가

NoCreep 수명평가API 530 LMP

경도_수명평가경도에 근거한

3rd Step 검사

이력이력

기계물성기계물성

열화평가열화평가

Creep Creep 수명수명

평가평가

열화평가열화평가Creep,모델

Tube 발본 파괴검사

현재수명평가현재수명평가차기차기 TA TA

보수보수&&교체교체CaseCase별별

운전가이드운전가이드

표준화표준화

절차화절차화

표준화표준화

절차화절차화사항 비사항 비사항준비사항준비 운전가이드운전가이드

Report/Report/결과 평가

절차화절차화절차화절차화

절차서절차서결과 평가

Feedback


기계연마방법1

금속열화평가

금속표면 복제법

NIMS & KRISS 데이터

기계연마방법

전해연마방법

Creep 실험 데이터 활용

1

2

3

OK

OK

기계물성평가

NIMS & KRISS 데이터

경도법/기타평가법

Case별 데이터 활용

경도법_잔여수명평가

4

5보일러 OK

결정립 변형법

유한요소 해석법

결정립 변형 정량화7

6수명평가수명평가절차서

Creep 수명평가

조직 대비법 ERA/EPRI/MLAS8

석출물 검사법 자유경로측정법9

OK

API530 LMP LMP 법10 OK

16


AAAA 파괴적 방법파괴적 방법

Tube 시료 [기계/금속적 시험실시] => 기준 3, 4등급Tube 시료 [기계/금속적 시험실시] => 기준 3, 4등급

구조물 사용환경 절대적 반영 _ 평가에 시간소요구조물 사용환경 절대적 반영 _ 평가에 시간소요

BBBB 비파괴적 방법비파괴적 방법

께/ 직대비법/ 경 / 결정립변형/ 석출 검사/ 검사법께/ 직대비법/ 경 / 결정립변형/ 석출 검사/ 검사법두께/ 조직대비법/ 경도/ 결정립변형/ 석출물검사/ Cavity검사법두께/ 조직대비법/ 경도/ 결정립변형/ 석출물검사/ Cavity검사법

기기 훼손없이 직접적 평가 가능 _ 정확도에 확률적 이해 필요기기 훼손없이 직접적 평가 가능 _ 정확도에 확률적 이해 필요

CCCC 해석적 평가해석적 평가

API 530 _ Life Fraction & LMP 를 활용한 수명평가 기술API 530 _ Life Fraction & LMP 를 활용한 수명평가 기술

간접적 수명평가 방법 신재에 대한 비교데이터가 중요함간접적 수명평가 방법 신재에 대한 비교데이터가 중요함간접적 수명평가 방법 _ 신재에 대한 비교데이터가 중요함간접적 수명평가 방법 _ 신재에 대한 비교데이터가 중요함


Pearlite의소멸 Micro Crack

건전한건전한 F it & P litF it & P lit 조직조직건전한건전한 F it & P litF it & P lit 조직조직 직직 소멸및소멸및직직 소멸및소멸및

Micro Fissure

건전한건전한 Ferrite & Pearlite Ferrite & Pearlite 조직조직건전한건전한 Ferrite & Pearlite Ferrite & Pearlite 조직조직 Pearlite Pearlite 조직조직 소멸및소멸및 Carbide Carbide 석출로석출로 인한인한 Micro Micro 균열발생균열발생 형상형상

Pearlite Pearlite 조직조직 소멸및소멸및 Carbide Carbide 석출로석출로 인한인한 Micro Micro 균열발생균열발생 형상형상

금속재료 열화평가[ 2.25Cr – 0.5 Mo Alloy Tube 기준 ]

Macro Macro 균열로균열로 성장한성장한 상태상태Macro Macro 균열로균열로 성장한성장한 상태상태


금속열화에금속열화에 따른따른 기계강도기계강도 저하저하금속열화에금속열화에 따른따른 기계강도기계강도 저하저하

기계물성 열화평가 [ 2.25Cr – 0.5 Mo Alloy Tube 기준 ]


#2 보일러 운전온도 기준 최대 550도 , 110kg/cm2 로 가정시- 평균 항복응력 약 2000 kg/cm2- 평균 인장강도 약 3500 kg/cm2

#2 보일러 운전온도 기준 최대 550도 , 110kg/cm2 로 가정시- 평균 항복응력 약 2000 kg/cm2- 평균 인장강도 약 3500 kg/cm2

NIMS Creep Data를 참조고온 / 내압하에서 재료의 파단시간 그래프 선형구간 사용Extrapolation (외삽법) 사용 결과 사용

NIMS Creep Data를 참조고온 / 내압하에서 재료의 파단시간 그래프 선형구간 사용Extrapolation (외삽법) 사용 결과 사용

당사 보일러 110 kg/cm2 압력 기준 사용당사 보일러 110 kg/cm2 압력 기준 사용Stress & Time to Rupture 그래프 사용재질 _ 2.25Cr & 1Mo TubeStress & Time to Rupture 그래프 사용재질 _ 2.25Cr & 1Mo Tube

결과온도 500 도 기준 _ 내압 800kg/cm2 => 114년

/

결과온도 500 도 기준 _ 내압 800kg/cm2 => 114년

/온도 550 도 기준 _ 내압 400kg/cm2 => 105년

따라서 금속적 열화 변형 과 Creep에 의한 수명은해당 운전온도/ 압력하에서 기계적 결함이 없다면 충분한수명을 가지고 있다.

온도 550 도 기준 _ 내압 400kg/cm2 => 105년

따라서 금속적 열화 변형 과 Creep에 의한 수명은해당 운전온도/ 압력하에서 기계적 결함이 없다면 충분한수명을 가지고 있다.수명 가지 있다그러나 이는 Macro Test 결과임을 염두에 두고 안전율 고려수명 가지 있다그러나 이는 Macro Test 결과임을 염두에 두고 안전율 고려

금속조직 / 기계물성 열화 평가 기준 [ 2.25Cr – 0.5 Mo Alloy Tube 기준 ]


/ [ y ]

Ferrite + Pearlite 기본조직

1111 A 등급A 등급 Pearlite가 명확히 관찰됨

일부 Pearlite의 구상화

2222 B 등급B 등급

일부 Pearlite의 구상화.

미세 입계탄화물 석출

Pearlite 형태는 명확히

3333 C 등급C 등급관찰되나 구상화 심화 입계

탄화물 조대화 및 석출

P lit 흔적만 관찰됨

4444 D 등급D 등급

Pearlite 흔적만 관찰됨

입계/입내 탄화물 조대화

P lit 구분불가

5555 E 등급E 등급

Pearlite 구분불가

입계/입내 탄화물조대화 심화

6666 F 등급F 등급

입계 및 입내 탄화물 구상화

및 조대화 심화


측정조건에 따른 불확도 큼 / 경도 & 수명의 관계는 경험적인 데이터임측정조건에 따른 불확도 큼 / 경도 & 수명의 관계는 경험적인 데이터임

경도측정_수명평가경도측정_수명평가

측정조건에 따른 불확도 큼 / 경도 & 수명의 관계는 경험적인 데이터임경도값의 환산을 가급적 피한다.측정조건에 따른 불확도 큼 / 경도 & 수명의 관계는 경험적인 데이터임경도값의 환산을 가급적 피한다.

고려조건고려조건고려조건고려조건

경도시험평가절차경도시험평가절차

1.11.11.11.1 경도측정 위치결정 / 표면복제법 _ 측정표면준비경도측정 위치결정 / 표면복제법 _ 측정표면준비

1 21 21 21 2 경도측정경도측정1.21.21.21.2 경도측정경도측정

1.31.31.31.3 평균사용온도 평가평균사용온도 평가

탄화물 석출 조대화 _ 강도변화 => LMP 식을 이용한 H= f (P) 관계식초기경도 H0 를 LMP 함수로 온도예측탄화물 석출 조대화 _ 강도변화 => LMP 식을 이용한 H= f (P) 관계식초기경도 H0 를 LMP 함수로 온도예측

<Hv = ( 손상재와 무부하 가열재와의 경도차 ) 를 이용한 경도와 Creep 손상<Hv = ( 손상재와 무부하 가열재와의 경도차 ) 를 이용한 경도와 Creep 손상

1.41.41.41.4 Creep 모델링 접근Creep 모델링 접근

관계추정Creep 파단수명와 경도관계 실험 자료 활용경도값 & Creep 파단시간 예측 함수 활용

관계추정Creep 파단수명와 경도관계 실험 자료 활용경도값 & Creep 파단시간 예측 함수 활용

R li ti ( 금속조직 복제 열화수명 평가 )R li ti ( 금속조직 복제 열화수명 평가 )


Replication ( 금속조직 복제 열화수명 평가 )

- ASTM E1351 정식 규격

- 조직관찰 대상 표면을 현장에서 직접연마

Replication ( 금속조직 복제 열화수명 평가 )

- ASTM E1351 정식 규격

- 조직관찰 대상 표면을 현장에서 직접연마

전해연마 기술을 적용하여 기존 기계연마에 비해

- 우수한 조직내 미세결함 검출능 확보

향후 보일러 수명평가용 직검사시 선별적 적용

전해연마 기술을 적용하여 기존 기계연마에 비해

- 우수한 조직내 미세결함 검출능 확보

향후 보일러 수명평가용 직검사시 선별적 적용그 연마면을 피복시킨후 그 막을 관찰그 연마면을 피복시킨후 그 막을 관찰

- 향후 보일러 수명평가용 조직검사시 선별적 적용- 향후 보일러 수명평가용 조직검사시 선별적 적용

F IL M

C A R B ID E C A V IT Y

S U R F A C EC O M P O N E N T

R E P L IC A T IO NC R O S S S E C T IO N

R E P L IC A T IO N

IM A G ER E P L IC A T IO N

C A R B ID EIM A G E

C A V IT YIM A G EIM A G E IM A G E

Fig.1 표 면 복 제 기 법

Replication의 기본 개요



LMP LMP 를를활용한활용한 Rupture Time & Life Fraction Rupture Time & Life Fraction 및및잔여수명잔여수명산정산정


ppLMP상의 Lt를 활용하여 Rupture Time 정의Life Fraction ( 운전시간 / Rupture time )를 활용하여 잔여수명 도출LMP상의 Lt를 활용하여 Rupture Time 정의Life Fraction ( 운전시간 / Rupture time )를 활용하여 잔여수명 도출

)내 수명 변환 정의)내 수명 변환 정의Step 1Step 1 Larson Miller Parameter)내 Lt를 수명으로 변환 _ 정의Larson Miller Parameter)내 Lt를 수명으로 변환 _ 정의

Larson Miller Parameter API 530 Appendix E Stress CurveLarson Miller Parameter API 530 Appendix E Stress CurveStep 2Step 2

Sor & Eor Pr을 통해 평균 Sr을 구하여 LMP 정의Sor & Eor Pr을 통해 평균 Sr을 구하여 LMP 정의Step 3Step 3

LMP = ( Ts + 273 ) * ( C + Log Lt )LMP = ( Ts + 273 ) * ( C + Log Lt )

Rupture Time => Life Fraction => 잔여수명Rupture Time => Life Fraction => 잔여수명

Step 4Step 4

Step 5Step 5 Rupture Time > Life Fraction > 잔여수명Rupture Time > Life Fraction > 잔여수명pp





Remaining Tube Life

Tubes Designed for 100,000 Hour Life

API 530 Method

New API 579 Method

Destructive TestingDestructive Testing

R i i T b Lif


Remaining Tube Life

API -530 Appendix E” Estimation f R i i T b Lif ” N tof Remaining Tube Life”- Not

Accurate

Record Operating TWT and p gPressures

Perform Calculations

Not Accurate Due to Temperature Sensitivity

New Method API -579 “Fitness forNew Method API -579 Fitness for Service” - More Accurate

#2 Boiler 기준 수명평가결과 Creep 열화에 의한 손상 진전중#2 Boiler 기준 수명평가결과 Creep 열화에 의한 손상 진전중


1111 C 평가 기준C 평가 기준

#2 Boiler 기준 수명평가결과_Creep 열화에 의한 손상 진전중두께감소에 의한 강도변화 관리 병행필요#2 Boiler 기준 수명평가결과_Creep 열화에 의한 손상 진전중두께감소에 의한 강도변화 관리 병행필요

1 11 11 11 1운전온도 520도 기준 / 초기 두께 6mm 운전온도 520도 기준 / 초기 두께 6mm

1111 Creep 평가 기준Creep 평가 기준 1.11.11.11.1운전온 520 기준 / 기 두께 6mm _ 년간 0.07mm부식운전온 520 기준 / 기 두께 6mm _ 년간 0.07mm부식

1.21.21.21.2 압력 110kg/cm2 기준압력 110kg/cm2 기준

2222 잔여수명평가잔여수명평가 2.12.12.12.1 Creep 잔여수명 _ 33년Creep 잔여수명 _ 33년

2.32.32.32.3 Creep Damage _ 21.33%Creep Damage _ 21.33%


Destructive Heater Tube Testing

Exposure to High Temperature

Exceeded 100,000 Design Life, g

Omega Testing (Remaining Creep Life)

Loss of Strength or Ductility (Tensile Testing)Loss of Strength or Ductility (Tensile Testing)

Creep Voids (Microscope)

Carburization (Micro Hardness and Microscope)




O M th d


Omega Method Longer life for low alloys like 2-1/4 Cr



Omega Method

Basis for API -579 “Fitness for Service”

fDetermines Remaining Life

Destructive Samples Required

O M th d


Omega Method Performed by UOP or OthersAccurately Predicts Remaining Lifey gUsed for Tubes Operating in High Temperature Creep Range


Creep 평가 방법Creep 평가 방법

1111 결정립 변형법결정립 변형법Creep 손상진행 _ 결정립 변형(응력방향) _ 변형정량화결정립 방향 과 응력방향의 각도 이용 측정Creep 손상진행 _ 결정립 변형(응력방향) _ 변형정량화결정립 방향 과 응력방향의 각도 이용 측정

2222 조직대비법조직대비법 Replica를 이용하여 관찰된 조직과 표준조직의 비교Replica를 이용하여 관찰된 조직과 표준조직의 비교

3333 석출물 검사법석출물 검사법석출물간 거리 _ 최인접 거리나 평균 자유경로 측정중심간 최인접 거리로 측정석출물간 거리 _ 최인접 거리나 평균 자유경로 측정중심간 최인접 거리로 측정

4444 Cavity 검사법Cavity 검사법 Replica를 통해 측정된 Grainboundary상 Cavity간 거리측정평가Replica를 통해 측정된 Grainboundary상 Cavity간 거리측정평가

5555 API530 LMP 법API530 LMP 법 해석적 Life Fraction & LMP 데이터를 활용한 수명평가해석적 Life Fraction & LMP 데이터를 활용한 수명평가5555 API530 LMP 법API530 LMP 법 해석적 Life Fraction & LMP 데이터를 활용한 수명평가해석적 Life Fraction & LMP 데이터를 활용한 수명평가

CreepCreep열화열화등급등급기준기준 조직대비법조직대비법 &&석출물석출물검사법검사법 & Cavity& Cavity검사법검사법병행평가병행평가


Creep열화등급

Aging등급

평가방법(조직대비법 기본)

내용

Creep Creep 열화열화등급등급기준기준 _ _ 조직대비법조직대비법 & & 석출물석출물검사법검사법 & Cavity& Cavity검사법검사법병행평가병행평가

1 Primary 조직대비법 Cavity 없이 Creep 진행

2 석출물검사법 독립적인 Cavity 존재Secondary

3 석출물검사법 다수의 Cavity 존재 => Grainboundary를 따라 연결시작

4석출물검사법Cavity 검사법

Micro 균열로 발전

Secondary

Tertiary5

석출물검사법Cavity 검사법

Macro 균열로 발전Tertiary

1등급1등급 3등급3등급 5등급5등급


금속조직열화금속조직열화 & & 기계물성열화기계물성열화등급별등급별평가평가기준기준


1 등급( 양호 )1 등급( 양호 )

금속조직열화 A / B / C 등급 (Replication)두께측정 _ 공칭두께 대비 10% 이내 감소외경측정 1% 이내 변화

금속조직열화 A / B / C 등급 (Replication)두께측정 _ 공칭두께 대비 10% 이내 감소외경측정 1% 이내 변화외경측정 _ 1% 이내 변화경도측정 / 운전시간 5만시간 이내외경측정 _ 1% 이내 변화경도측정 / 운전시간 5만시간 이내

금속조직열화 D / E 등급 (Replication)

두께측정 _ 공칭두께 대비 10% 이내 감소

금속조직열화 D / E 등급 (Replication)

두께측정 _ 공칭두께 대비 10% 이내 감소2 등급

( 사용가능 )2 등급

( 사용가능 ) 인장강도 & 항복강도 _ 수명양호인장강도 & 항복강도 _ 수명양호

외경측정 _ 1% 이내 변화

경도측정 / Creep 수명평가 30년 이상

인장/항복강도 _ Base 대비 20% 이내

연신률/충격강도 Base 대비 50 % 이내




연신률/충격강도 Base 대비 50 % 이내

( 사용가능 )( 사용가능 )충격강도 & 연신률 _ 수명소진중Creep 수명평가 실시매 TA시 비파괴수명평가격 TA시 파괴수명평가 1회 실시

충격강도 & 연신률 _ 수명소진중Creep 수명평가 실시매 TA시 비파괴수명평가격 TA시 파괴수명평가 1회 실시

연신률/충격강도 _ Base 대비 50 % 이내연신률/충격강도 _ Base 대비 50 % 이내

3 등급( 교체검토 )

3 등급( 교체검토 )

인장강도 & 항복강도 _ 수명양호충격강도 & 연신률 _ 수명소진C 수명평가

인장강도 & 항복강도 _ 수명양호충격강도 & 연신률 _ 수명소진C 수명평가

금속조직열화 F 등급 (Replication)



금속조직열화 F 등급 (Replication)


외경측정 _ 2% 이내 변화Creep 수명평가매 TA시비파괴수명평가 & 파괴수명평가 실시

Creep 수명평가매 TA시비파괴수명평가 & 파괴수명평가 실시



연신률/충격강도 _ Base 대비 80% 이내



연신률/충격강도 _ Base 대비 80% 이내

4 등급( 긴급교체 )

4 등급( 긴급교체 )

빠른 교체 시기 결정 및 수행요함빠른 교체 시기 결정 및 수행요함

금속조직열화 F 등급 이상 (Replication)

Grainboundary 중심 Void / Fissure 생성 Micro Crack


외경측정 2% 이내 변화

금속조직열화 F 등급 이상 (Replication)

Grainboundary 중심 Void / Fissure 생성 Micro Crack


외경측정 2% 이내 변화 빠른 교체 시기 결정 및 수행요함.빠른 교체 시기 결정 및 수행요함.외경측정 _ 이내 변화

경도측정 / Creep 수명평가 20년 이내

인장/항복강도 _ Base 대비 60% 이상

연신률/충격강도 _ Base 대비 80% 이상

외경측정 _ 이내 변화

경도측정 / Creep 수명평가 20년 이내

인장/항복강도 _ Base 대비 60% 이상

연신률/충격강도 _ Base 대비 80% 이상


Documents

5._히터튜브_설계_베이스_및_수명평가[1]