ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние рабочей среды на развитие термической усталости металла котлов из "Водно-химические режимы тепловых электростанций " Современная энергетика базируется в основном на оборудовании повышенной мощности, работающем при высоких и сверхвысоких параметрах среды. В этих условиях надежность работы аппаратуры, и прежде всего котлов и турбин, приобретает особо важное значение. [c.5] Для обеспечения надел ности работы энергооборудова-/ляя важно сохранение стабильности структуры и свойств металла. Эти характеристики у перлитных сталей определяются условиями эксплуатации температурой, напряжением, длительностью приложения нагрузки. Эксплуатационная надежность поверхностей нагрева определяется прежде всего прочностными свойствами труб при повышенных температурах. [c.6] По условиям эксплуатации металл теплоэнергетического оборудования подвержен действию высоких температур среды, часто повышенной активности и нагрузок. Причем в пусковых режимах факторы температуры и нагрузок имеют резкопеременный характер, в силу чего могут возникнуть специфические усталостные повреждения металла. [c.7] Развитие термической усталости обязано действию многократных термических напряжений, когда свободному расширению или сжатию наружных слоев металла препятствуют внутренние слои. Термические напряжения определяются теплофизическими и механическими свойствами металла, а также свойствами окружающей теплопередающей среды. В качестве основного параметра для оценки термической усталости принимается суммарная деформация в цикле. Разрушения при этом могут быть обусловлены как усталостью, так и ползучестью. Изменения, свойственные ползучести, вызывают напряжения, действующие в металле при максимальной температуре, а процессы усталости обусловлены циклическими воздействиями температурных напряжений. [c.7] Если уровень термических напряжений недостаточен для разрушения металла, но достаточен для скалывания защитной пленки, то в локальных зонах возможно образование питтингов за счет коррозии незащищенного металла. Питтинги затем развиваются в более глубокие язвины. Процесс окисления металла при образовании защитной пленки со временем затухает. Однако восстановлению защитной пленки в условиях работы котлов может препятствовать термоциклическая деформация, способствующая растяжению и сжатию металла, что приводит к разрушению пленки. [c.8] Применяемые в теплоэнергетике перлитные, ферритные и аустенитные стали при температуре до 500 °С обладают относительно высоким сопротивлением развитию трещнн термической усталости, особенно аустенитные стали вследствие их высокой пластичности. При температуре 550 X отмечается интенсивный рост трещин термической усталости в перлитных сталях, в то время как при этой температуре аустенитные и ферритные стали еще устойчивы. Интенсивный рост термоусталостных трещин наблюдается в аустенитных сталях в интервале температур 600—700 °С. [c.8] С увеличением температуры стенки трубы с и температурного напора At=t —Зарастет число центров парообразования, интенсифицируется процесс кипения. Паровые пузырьки, отрываясь от поверхности трубы, растут в объеме, перемещаясь в толщину слоя воды. Таким образом теплообмен между поверхностью нагрева и пароводяной смесью сопровождается изменением агрегатного состояния теплоносителя. [c.9] Паросодержание в воде на входе в кипятильные трубы барабанных котлов практически равно нулю, а на выходе возрастает до 20%. [c.9] Тепловой поток q при увеличении температурного напора растет до определенного максимального значения — первого критического значения q-Ay (рис. 1.4). Затем при дальнейщем росте температурного напора тепловой поток уменьшается. До момента достижения kpi режим кипения называют пузырьковым (рис. 1.3,а). [c.10] Переходный режим кипения (рис. 1.3,6) характеризуется непрерывным сливанием пузырьков в большие паровые полости. В этом режиме доступ жидкости к поверхности трубы становится все более затрудненным и отдельные участки выключаются из теплообмена. Это обстоятельство и приводит к снижению теплового потока и коэффициента теплоотдачи в области переходного режима кипения. [c.10] Прекращение пленочного кипения наступает при уменьшении перегрева поверхности ниже определенного значения, называемого предельным перегревом п. Зависимость tn=f p) приведена на рис. 1.5 [1.1]. На этом же графике приведена линия насыщения воды is=f(p) Зависимость (п=1(р) близка к прямой линии, которая заканчивается в критической точке состояния вещества. [c.11] На процесс кипения воды в котельных трубах кроме температурного напора влияет скорость движения жидкости или пароводяной смеси, а также содержание пара в ней. По мере нарастания плотности теплового потока растет температура стенки труб. В области пузырькового кипения это возрастание температурного напора происходят относительно медленно в связи с высоким коэффициентом теплоотдачи. С момента начала пленочного кипения увеличение теплового потока приводит к уменьшению коэффициента теплоотдачи, а следовательно, к росту температурного напора и чрезвычайно быстрому повышению температуры металла труб. [c.11] Нормальным условиям эксплуатации кг пятпльных труб котлов с естественной циркуляцией должен соответствовать режим пузырькового кипения. Нарушение этого режима возможно только при нарушении естественной циркуляции. При таких условиях кипения возможно полное выпаривание капель котловой воды на перегретой стенке с выпадением на ней легкорастворимых солей. В оптимальной области режима циркуляции режим пузырькового кипения сохраняется до относительно высоких значений паросодержания. [c.11] В реальных условиях эксплуатации вероятность возникновения пленочного кипения в значительной степени зависит от тепловой нагрузки с ее ростом вероятность пленочного кипения возрастает. Существенное влияние на возникновение и развитие пленочного кипения могут оказывать загрязнения внутренней поверхности труб вследствие относительно низкой их теплопроводности в сравнении с теплопроводностью металла. В зонах неустойчивого кипения температура металла труб изменяется скачкообразно, а в режимах пленочного кипения может значительно (до 100 °С) превышать температуру кипения воды. Более резкие скачки температуры металла отмечаются в зоне ухудшенного теплообмена. В результате резких изменений температуры металла нарушается целостность защитной пленки на внутренней поверхности труб и создаются благоприятные условия для протекания коррозионных процессов, и прежде всего пароводяной коррозии. [c.12] Загрязнения внутренней поверхности нагрева способствуют снижению эффективности процесса теплообмена, а также повышают вероятность возникновения пленочного кипения. Процесс передачи теплоты в экранной системе котлов подобен теплопередаче через стенку, состоящую из двух слоев — металла трубы и слоя отложений. [c.12] Количественная оценка процесса теплообмена — теплопроводность Я является физическим свойством вещества и представляет собой количество теплоты, проходящей в единицу времени через 1 м изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице. Теплопроводность для различных веществ различна и зависит от структуры, плотности, давления н температуры. Теплопроводность различных металлов находится в пределах 20—400 Вт/(м-К). Для больщииства металлов с повышением температуры значение ее снижается. Присутствие в металле примесей также способствует снижению X. Так, для чистой меди X равна 395, а для меди со следами мышьяка 142 Вт/(м.К). Для железа с содержанием 0,1 /о углерода X равна 52, с 1% углерода 40 Вт/(м.К). Для закаленной углеродистой стали теплопроводность на 10—25% меньше, чем для мягкой стали. [c.12] Если расчетным путем оценить зависимость температурного напора Лг от тепловой нагрузки для отложений различной толщины, то при этом отмечается существенный рост At от тепловой нагрузки. Причем зависимость эта выражена более отчетливо с увеличением как толщины отложений, так и тепловой нагрузки. [c.13] Существенное увеличение теплопроводности отложений может быть достигнуто изменением их структуры — повышением плотности. Благоприятное влияние на формирование структуры отложений с относительно повышенной теплопроводностью оказывает комплексонная обработка питательной и котловой веды аммонийной солью этиленди-аминтетрауксусной кислоты или трилоном Б. [c.13] Вернуться к основной статье