IEC 60953-3:2001

Rules for steam turbine thermal acceptance tests - Part 3: Thermal performance verification tests of retrofitted steam turbines

This part of IEC 60953, also called "retrofit code" (RC), establishes a supplementary retrofit code for thermal verification tests of retrofitted steam turbines.

Règles pour les essais thermiques de réception des turbines à vapeur - Partie 3: Essais de vérification des performances des turbines à vapeur rénovées

La présente partie de la CEI 60953-3, appelée aussi «code pour rénovations» (CR), constitue un guide additionnel pour les essais thermiques de vérification des turbines à vapeur rénovées.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 04-Dec-2001
• ICS: 01 - GENERALITIES. TERMINOLOGY. STANDARDIZATION. DOCUMENTATION
• ICS: 27.040 - Gas and steam turbines. Steam engines
• Technical Committee: TC 5 - Steam turbines
• Drafting Committee: WG 7 - TC 5/WG 7
• Current Stage: DELPUB - Deleted Publication
• Start Date: 28-Sep-2018
• Completion Date: 20-Jul-2022

Relations

• Revised: IEC 60953-3:2022 - Rules for steam turbine thermal acceptance tests - Part 3: Thermal performance verification tests of retrofitted steam turbines
• Effective Date: 05-Sep-2023

Standards Content (Sample)

NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
60953-3
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
2001-12
Règles pour les essais thermiques de réception
des turbines à vapeur –
Partie 3:
Essais de vérification des performances
des turbines à vapeur rénovées
Rules for steam turbine thermal
acceptance tests –
Part 3:
Thermal performance verification tests
of retrofitted steam turbines
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 60953-3:2001

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Numérotation des publications Publication numbering
Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are
sont numérotées à partir de 60000. Ainsi, la CEI 34-1 issued with a designation in the 60000 series. For
devient la CEI 60034-1. example, IEC 34-1 is now referred to as IEC 60034-1.
Editions consolidées Consolidated editions
Les versions consolidées de certaines publications de la The IEC is now publishing consolidated versions of its
CEI incorporant les amendements sont disponibles. Par publications. For example, edition numbers 1.0, 1.1
exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 indiquent and 1.2 refer, respectively, to the base publication,
respectivement la publication de base, la publication de the base publication incorporating amendment 1 and
base incorporant l’amendement 1, et la publication de the base publication incorporating amendments 1
base incorporant les amendements 1 et 2. and 2.
Informations supplémentaires Further information on IEC publications
sur les publications de la CEI
Le contenu technique des publications de la CEI est The technical content of IEC publications is kept
constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état under constant review by the IEC, thus ensuring that
actuel de la technique. Des renseignements relatifs à the content reflects current technology. Information
cette publication, y compris sa validité, sont dispo- relating to this publication, including its validity, is
nibles dans le Catalogue des publications de la CEI available in the IEC Catalogue of publications
(voir ci-dessous) en plus des nouvelles éditions, (see below) in addition to new editions, amendments
amendements et corrigenda. Des informations sur les and corrigenda. Information on the subjects under
sujets à l’étude et l’avancement des travaux entrepris consideration and work in progress undertaken by the
par le comité d’études qui a élaboré cette publication, technical committee which has prepared this
ainsi que la liste des publications parues, sont publication, as well as the list of publications issued,
également disponibles par l’intermédiaire de: is also available from the following:
• Site web de la CEI (www.iec.ch) • IEC Web Site (www.iec.ch)
• Catalogue des publications de la CEI • Catalogue of IEC publications
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(www.iec.ch/catlg-f.htm) vous permet de faire des (www.iec.ch/catlg-e.htm) enables you to search
recherches en utilisant de nombreux critères, by a variety of criteria including text searches,
comprenant des recherches textuelles, par comité technical committees and date of publication. On-
d’études ou date de publication. Des informations line information is also available on recently
en ligne sont également disponibles sur les issued publications, withdrawn and replaced
nouvelles publications, les publications rempla- publications, as well as corrigenda.
cées ou retirées, ainsi que sur les corrigenda.
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• IEC Just Published
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NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
60953-3
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
2001-12
Règles pour les essais thermiques de réception
des turbines à vapeur –
Partie 3:
Essais de vérification des performances
des turbines à vapeur rénovées
Rules for steam turbine thermal
acceptance tests –
Part 3:
Thermal performance verification tests
of retrofitted steam turbines
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– 2 –                   60953-3  CEI:2001
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS.4
INTRODUCTION.6
1 Domaine d’application et objet.12
2 Unités, symboles, termes et définitions.14
3 Principes directeurs.30
4 Techniques de mesure et appareils de mesure.34
5 Dépouillement des essais.38
6 Correction des résultats d’essai et comparaison avec la garantie .48
Les annexes A à G sont données dans la CEI 60953-2
Annexe H (normative) Incertitude de mesure des résultats – application aux
rénovations.52
Annexe I (informative) Calculs de rénovations – exemples numériques (fossiles et
nucléaires).64
Annexe J (informative) Calcul de l’incertitude – exemples numériques (cycles fossiles
et nucléaires).116
Annexe K (normative) Technique des traceurs – application aux rénovations.138
Annexe L (informative) Méthode de la variation des températures .146

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60953-3  IEC:2001 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD.5
INTRODUCTION.7
1 Scope and object.13
2 Units, symbols, terms and definitions.15
3 Guiding principles.31
4 Measuring techniques and measuring instruments.35
5 Evaluation of tests.39
6 Corrections of test results and comparison with guarantee .49
Annexes A to G are given in IEC 60953-2
Annex H (normative) Measuring uncertainty of results – retrofit application .53
Annex I (informative) Retrofit improvement calculation – numerical examples (fossil
and nuclear) .65
Annex J (informative) Uncertainty calculation – numerical examples (fossil and nuclear) .117
Annex K (normative) Tracer technique – retrofit application .139
Annex L (informative) Temperature variation method .147

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– 4 –                   60953-3  CEI:2001
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
RÈGLES POUR LES ESSAIS THERMIQUES DE RÉCEPTION
DES TURBINES À VAPEUR –
Partie 3: Essais de vérification des performances
des turbines à vapeur rénovées
AVANT-PROPOS
1) La CEI (Commission Électrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation
composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a
pour objet de favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les
domaines de l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes
internationales. Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national
intéressé par le sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement
avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les
deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés
comme normes, spécifications techniques, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les
Comités nationaux.
4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de
façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes
nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale
correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.
5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité
n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.
6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La Norme Internationale CEI 60953-3 a été préparée par le Comité d’études 5 de la CEI:
Turbines à vapeur.
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
5/130/FDIS 5/137/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l’approbation de cette norme
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 3.
Cette norme doit être lue conjointement avec la CEI 60953-2. Elle utilise la même structure et
complète la numérotation des articles de cette dernière, le cas échéant avec du texte
complémentaire.
Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant 2010. A
cette date, selon décision préalable du comité, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée

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60953-3  IEC:2001 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
___________
RULES FOR STEAM TURBINE THERMAL ACCEPTANCE TESTS –
Part 3: Thermal performance verification tests
of retrofitted steam turbines
FOREWORD
1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their preparation is
entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with may
participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations liaising
with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International
Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the
two organizations.
2) The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters express, as nearly as possible, an
international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation
from all interested National Committees.
3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the form
of standards, technical specifications, technical reports or guides and they are accepted by the National
Committees in that sense.
4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International
Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any
divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly
indicated in the latter.
5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with one of its standards.
6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the subject
of patent rights. The IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard IEC 60953-3 has been prepared by IEC technical committee 5: Steam
turbines.
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
5/130/FDIS 5/137/RVD
Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on
voting indicated in the above table.
This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 3.
This standard should be read in conjunction with IEC 60953-2. It follows the same structure,
extending the clause numbering where necessary with complementary text.
The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until
2010. At this date, in accordance with the committee's decision, the publication will be
• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or
• amended.

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– 6 –                   60953-3  CEI:2001
INTRODUCTION
La rénovation d’une turbine à vapeur installée dans une centrale thermique existante
s’accompagne fréquemment d’une amélioration des performances. La CEI 60953-1 et la
CEI 60953-2 qui définissent les règles pour les essais thermiques de réception des turbines à
vapeur de centrales thermiques neuves ne satisfont pas à toutes les exigences spécifiques
aux projets de rénovation. Il a donc été nécessaire d'établir, à titre de directive additionnelle,
un code pour rénovations (CR) destiné aux essais thermiques de réception des turbines à
vapeur rénovées.
Un grand nombre de dispositions et de recommandations de la CEI 60953-1 et de la
CEI 60953-2 restent cependant encore applicables aux rénovations; par conséquent, afin
d'éviter un document répétitif et volumineux, seuls les ajouts spécifiques aux rénovations sont
indiqués dans ce CR.
Cette partie de la CEI 60953 doit être lue conjointement avec la CEI 60953-2, et les mots
"essais de vérification" seront lus en lieu et place de "essais de réception". La CEI 60953-2
constitue la norme de référence (NR). La structure et la numérotation des articles de la norme
suivent celles de la CEI 60953-2. Un paragraphe présent dans la norme annule et remplace
l'article équivalent de la norme de référence. La numérotation des paragraphes a été étendue
pour chaque nouvelle inclusion. Les articles de la norme de référence ne requérant aucune
modification n'ont pas été répétés ici, la numérotation suivant l'ordre chronologique.
La CEI 60953-2 a été utilisée comme référence plutôt que la CEI 60953-1, car elle a été jugée
plus universelle et appropriée aux rénovations. Bien qu'il soit prévu d'appliquer cette norme à
la rénovation des grandes turbines à vapeur à condensation, elle peut néanmoins être utilisée
pour d'autres types et d’autres puissances de turbines, afin de définir les bases d'une
procédure spécifique, avec l'accord des parties concernées.
Le fait que la CEI 60953-2 ait été privilégiée par rapport à la CEI 60953-1 ne signifie pas
qu'une moindre précision ait été retenue. Les règles sont définies de manière à obtenir la
précision d'essai appropriée pour le projet de rénovation et pour le type de garantie concerné.
Dans certains cas, les règles plus strictes de la CEI 60953-1 sont nécessaires pour atteindre
ces objectifs et cela est spécifié dans la norme.
Les règles données dans cette norme couvrent toutes les rénovations de turbines à vapeur.
La rénovation de tout autre composant de la centrale (par exemple chaudière, réchauffeurs
alimentaires, etc.) n’est pas traitée dans ce code, bien qu'elle puisse affecter le cycle
thermodynamique.
L'objectif de ce CR est de traiter les projets de rénovation de turbines à vapeur qui ont une
incidence sur le rendement de la centrale thermique et sont soumis à une garantie de
performances. De nombreux cas différents peuvent d'être rencontrés: par exemple, le rempla-
cement des organes d'admission vapeur, le remplacement partiel des aubages de la turbine
d'un rotor, d'un module complet, etc. Les valeurs de garantie dépendront de la rénovation
considérée et seront soumises à l'approbation des parties signataires du contrat. Cette norme
aide ces parties à déterminer les paramètres les mieux appropriés caractérisant la rénovation
qui pourront être utilisés comme valeurs de garantie.
La grande difficulté dans les projets de rénovation consiste à sélectionner les paramètres à
garantir. Bien que le constructeur original préconise généralement une garantie d'amélioration
relative, un constructeur qui ne connaît pas nécessairement tous les détails des équipements
installés peut préférer offrir une valeur de garantie absolue pour l'équipement rénové. Cette
norme donne des directives sur les paramètres à garantir. Une fois les valeurs de garantie
établies, elles peuvent être revues et réévaluées après un essai de performance avant
rénovation. Cette norme fournit de telles règles nécessaires à la vérification des valeurs
garanties.
La grande diversité des rénovations rend difficile à traiter de façon exhaustive l’ensemble des
cas mais quelques exemples détaillés illustrent l'application de cette norme et sont présentés
en annexes.

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60953-3  IEC:2001 – 7 –
INTRODUCTION
Retrofitting steam turbines in an existing power plant frequently involves an improvement of
performance. IEC 60953-1 and IEC 60953-2, which define the rules for steam turbine thermal
acceptance tests of a new power plant, do not cater for all the requirements specific to retrofit
projects. It has, therefore, been deemed necessary to draw up a supplementary retrofit code
(RC) for guidance on the thermal acceptance tests of retrofitted steam turbines.
However, a large number of the provisions and recommendations of IEC 60953-1 and IEC
60953-2 are still applicable to retrofits and, therefore, in order to avoid a repetitive and bulky
document, only the retrofit-specific addenda will be found in this RC.
This part of IEC 60953 shall be read in conjunction with IEC 60953-2, and the words
‘verification test’ should be read in place of ‘acceptance test’. IEC 60953-2 is taken as a RS.
The structure and clause numbering of this standard follow that of IEC 60953-2. Subclauses
found in this standard supersede the whole of the equivalent subclause in the RS. Subclause
numbering has been extended whenever new items have been included the numbering
following on chronologically. The subclauses of the RS requiring no amendment have not
been repeated here.
IEC 60953-2 has been used as reference rather than IEC 60953-1 since it is more versatile
and appropriate to retrofits. Although this standard is intended to apply to the retrofit of large
condensing steam turbines, it can nevertheless be used for other types and sizes of turbines
to define the bases of a specific procedure to be agreed upon by the parties involved.
The fact that IEC 60953-2 has been given preference over IEC 60953-1 does not mean that a
less accurate option has been taken. The rules it contains are defined so as to obtain the
appropriate testing accuracy for the retrofit project and for the relevant type of guarantee. In
some cases, the more stringent rules of IEC 60953-1 are needed to meet these objectives
and this is indicated in this standard.
The rules given in this standard cover all hardware change in the steam turbine equipment.
Changes to other hardware components (e.g. boiler, feedwater heaters, etc.) are not covered
by this code although these changes may affect the thermodynamic cycle.
The purpose of this RC is to cover the retrofit of steam turbine components which influence
the efficiency of the power plant and are subject to a performance guarantee. Many different
situations are likely to be encountered: for example, the replacement of steam valves, the
replacement of part of the turbine blading, of a rotor, of a complete module, etc. The
guarantee values will depend on the retrofit considered and are subject to agreement between
the parties involved in the contract. This standard helps the parties determine the most
appropriate parameters that characterise the retrofit and that could be used as guaranteed
values.
A major difficulty in retrofit projects is the choice of parameters to be guaranteed. Although
the original manufacturer will generally favour a relative improvement guarantee, another
vendor who does not necessarily know all the details of the equipment installed may prefer to
have an absolute guarantee value for the retrofitted equipment. This standard gives guidance
on the parameters to be guaranteed . Once the guaranteed values are established, they may
need to be re-evaluated after a pre-retrofit performance test. This standard provides such
rules required for the verification of the guaranteed values.
The many variations of retrofits possible make it difficult to cover all cases comprehensively
but a few detailed examples illustrating the application of this standard are presented in the
annexes.

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– 8 –                   60953-3  CEI:2001
Les différences majeures avec les articles principaux de la norme de référence sont
présentées ci-dessous.
Article 1: Domaine d'application et objet
De par sa spécificité, cette norme a nécessité la définition de nouvelles options concernant
les garanties. Il est possible de garantir des paramètres caractéristiques des équipements
rénovés (rendement des corps de turbine, perte de charge dans les organes d’admission
vapeur, etc.). La norme de référence définit des garanties absolues qui ne permettent pas de
spécifier les améliorations entre l'équipement initial et l'équipement rénové, c'est pourquoi la
notion de garantie relative est introduite dans cette norme.
Les dispositions contractuelles sont réexaminées, dans la mesure où elles peuvent varier d'un
cas à l'autre, étant donné les nombreuses possibilités de rénovations. Ces dispositions seront
soumises à l'approbation des parties concernées au moment où les garanties seront définies,
c'est-à-dire au cours de l'élaboration du contrat, avant la réalisation des essais de
vérification.
Article 2: Unités, symboles, termes et définitions
Toutes les unités, symboles, termes et définitions de la norme de référence sont applicables à
ce CR. Cependant, ce CR inclut de nouveaux concepts et termes associés aux cas de
rénovation – en particulier dans la définition des garanties qui peuvent être offertes -, soit en
supplément, soit en lieu et place de ceux de la norme de référence. Une matrice directive a
été également incluse pour permettre aux parties concernées de sélectionner les paramètres
à garantir les mieux appropriés en fonction du projet.
Les garanties fournies par le constructeur peuvent être
a) Garanties de valeurs absolues
– Rendement thermique ou consommation spécifique de chaleur de l'installation;
– rendement thermodynamique ou consommation spécifique de vapeur ou puissance de
la turbine à des conditions de débit vapeur spécifiées;
– débit principal de vapeur et/ou puissance maximale;
– rendement interne des différents corps de turbine.
b) Garanties de valeurs relatives
– Amélioration du rendement ou de la consommation spécifique de chaleur de
l'installation;
– amélioration du rendement thermodynamique ou de la consommation spécifique de
vapeur ou de la puissance;
– amélioration du débit principal de vapeur et/ou de la puissance maximale;
– amélioration du rendement interne des différents corps de turbine.
Article 3: Principes directeurs
La plupart des principes directeurs contenus dans la norme de référence sont également
applicables aux cas de rénovation. Les modifications ou ajouts à cet article traitent
principalement des dispositions à prendre lors de la réalisation des essais avant et après la
rénovation et font mention de la référence à utiliser lorsqu'une garantie d'amélioration de
performance est proposée.
Une attention particulière est portée aux problèmes d'isolement du cycle et aux déviations
acceptables des quantités mesurées qui peuvent avoir une incidence majeure sur l'inter-
prétation des résultats.

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60953-3  IEC:2001 – 9 –
The main differences in the main clauses between this standard and the RS are listed below.
Clause 1: Scope and object
Specifically, this standard requires the definitions of new options regarding guarantees. It is
possible to guarantee parameters typical of the retrofitted equipment (turbine cylinder
efficiency, pressure drop in valve chest, etc.). The RS defines absolute guarantees that are
not suitable for specifying improvements between initial and retrofitted equipment, and
therefore, relative guarantee values are introduced in this standard.
This standard reviews the contractual provisions, which can vary from one case to another, on
account of the wide range of feasible retrofits. These will be subject to an agreement between
the parties involved at the time the guarantees are defined i.e. during the formulation of the
contract prior to the performance of the verification tests.
Clause 2: Units, symbols, terms and definitions
All the units, symbols, terms and definitions of the RS apply to this RC. The RC, however,
includes new concepts and terms associated with the retrofit situation, especially in the
definition of guarantees which can be offered, either additionally or in lieu of those of the RS.
A guide matrix has been included to allow the parties involved to choose the parameters to be
guaranteed, as appropriate to the project.
The guarantees provided by the manufacturer can be
a) Guarantees of absolute values
– Turbine plant thermal efficiency or heat rate;
– turbine thermodynamic efficiency or steam rate or power output at specified steam
flow conditions;
– main steam flow capacity and/or maximum power output;
– internal efficiency of turbine sections.
b) Guarantees of relative values
– Improvement of turbine plant thermal efficiency or heat rate;
– improvement of thermodynamic efficiency or steam rate or power output;
– improvement of main steam flow capacity and/or maximum power output;
– improvement of internal efficiency of turbine sections.
Clause 3: Guiding principles
The majority of the guiding principles contained in the RS are also applicable to the retrofit
situation. Amendments or addenda to this clause mainly cover the precautions to be taken
when tests are to be run before and after the retrofit, and address the reference to be taken
when a guarantee on improvement in performance is offered.
Special attention is directed to the problems of isolation of the cycle, and allowable deviati
...