Поведение металла при высоких температурах 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Поведение металла при высоких температурах



 

В условиях нормальной эксплуатации при оптимальных стационарных режимах работы, металл элементов котла работает в тяжелых условиях:

1. высокие температуры (особенно ПЕ);

2. условия высокого внутреннего давления;

3. напряжения, возникающие от собственной массы возникающие при изменении режимов котла;

4. на металл ответственных узлов действуют коррозионно-агрессивные газы;

5. имеет место внутренняя коррозия металла под действием коррозионно активных газов (О2, СО2);

6. металлы многих элементов котла, особенно детали паровой и водяной арматур, трубы поверхностей нагрева работают в условиях эрозионного износа под действием потока пара, газа, жидкости и абразивного износа под действием частиц золы и топлива.

Эрозия – это сложный физико-химический процесс воздействия потока рабочей среды на металл, включающий химическое воздействие среды и механический износ, под влиянием динамики потока. Эрозия вызывает внутренний износ арматуры и утонение стенок труб.

Металлы труб ВП работают под небольшими давлениями (до 10 кПа) и под незначительными механическими усилиями, но температура газов может достигать 400-450°С. В некоторых режимах на металл воздействует низкотемпературная сернокислотная коррозия.

В особенно тяжелых температурных условиях работают неохлаждаемые элементы крепления и подвески различных поверхностей нагрева (до 8000С), которые подвергаются воздействию агрессивных газов и несут большую весовую нагрузку.

Каркас котла также несет весовую нагрузку, а температура в подвесных конструкциях или горячих элементах котла соответствует температуре рабочей среды, протекающей по ним.

Элементы котла, работающие под избыточным давлением, условно делят на две группы:

1. элементы, работающие при температуре ниже 350-400°С: барабан, парообразующие трубы и их коллекторы, трубы экономайзера и переходной зоны и их коллекторы, трубопроводы и арматура для воды и насыщенного пара;

2. элементы, работающие при температуре более 350-400°С: пароперегреватели, паропроводы острого и вторичного пара, пароохладители и их арматура.

Совместное длительное влияние на металл высокого внешнего давления и высокой температуры более 450°С приводят к развитию опасного явления – ползучести (крипа).

 

Ползучесть – медленное и непрерывное накопление пластической деформации, т.е. постепенное увеличение размеров детали, протекающее при напряжении ниже предела текучести.

Ползучесть опасна тем, что при достижении определенных пределов остаточной пластической деформации металл разрушается. Поэтому размеры деталей, работающих в условиях ползучести, непрерывно контролируют.

Пример диаграммы ползучести.

Участок 0-a (I) - период затухающей ползучести. Соответствует короткому промежутку времени, когда прочность металла повышается.

Участок a- (II) – длительный период установившейсяползучести. Металл в данное время работает надежно, не подвергаясь разрушению.

Здесь скорость ползучести:

Участок b-c (III) – это опасный период нарастающей ползучести, в конце которого металл разрушается. Данному явлению предшествует пластическая деформация.

При более высокой температуре процесс ползучести протекает аналогично, но более активно во времени.

Условным пределом ползучести называется напряжение, при котором скорость ползучести во втором периоде не превышает заданной, т. е. - это предельное напряжение, которое позволяет эксплуатировать элементы при заданном сроке службы и вызывает суммарную пластическую деформацию, не превышающую некоторого безопасного предела.

Для большинства сталей допускается предельная пластическая деформация 1% на 100000 часов работы, что соответствует скорости ползучести, равной 10 мм/час или 10 % /час.

Характеристикой прочности металла в условиях высокой температуры и давления является предел длительной прочности ().

- это напряжение, вызывающее разрушение металла в условиях ползучести за заданный период времени.

Зависимость времени разрушения от напряжения выражается в следующем виде:

, где - время разрушения,

В и m – коэффициенты, зависящие от качества металла и температуры

Ранее, для расчета деталей, работающих в условиях ползучести, пользовались допустимым напряжением по пределу длительной прочности при заданной температуре стенки, рассчитанной на срок службы 100000 часов. При коэффициенте использования рабочего времени, равном К =0,85, этот срок службы составляет 15 лет.

В настоящее время дорогостоящее оборудование ТЭС (котёл, турбина, паропроводы), рассчитываются по пределу длительной прочности на срок до 200000 часов.

Работа сталей в условиях воздействия высокой температуры топочных газов перегретого пара сопровождается активизацией электрохимической коррозии (окалинообразования). Вследствие этого происходит уменьшение толщины стенок.

Основные требования для металла паровых котлов.

1. Высокий предел ползучести.

2. Высокий предел длительной прочности.

3. Высокая стойкость к окалинообразованию.

4. Стабильность структуры.

5. Хорошая свариваемость.

6. Отсутствие металлургических и механических дефектов.

Металл паровых котлов

В соответствии с вышеупомянутыми требованиями для каждой марки стали, в зависимости от вида сжигания топлива, устанавливается предельная температура наружной поверхности по жаропрочности и жаростойкости.

Углеродистые стали.

1. Ст3- углеродистая сталь общего назначения; применяется для несущих элементов каркаса, газопроводов при температуре не выше 425°С; для трубных элементов при не больше 200°С; для трубопроводов при не выше 300°С.

2. Ст20 – углеродистая качественная.

Используется для трубопроводов, поверхностей нагрева, работающих под давлением при не выше 450°С или 410°С при работе на мазуте.

3. 15К и 20К – углеродистая котельная сталь. Используется для барабанов и сосудов. При давлении не выше 6МПа и температуре не выше 450°С.

22К используется при давлении не превышающем 12,5МПа (для барабанов, сосудов).

 

 

Низколегированные стали перлитного класса.

16ГНМА – используется для изготовления барабанов и сосудов с давлением не выше 18МПа.

Г – марганец; М – молибден; Н – никель; А – алюминий.

4. 12ХМ - используют для изготовления змеевиков пароперегревателей; паропроводов высокого давления; коллекторов, при не выше 530°С.

5. 15ХМ – то же при температуре не выше 550°С (Х-хром).

6. 12Х1МФ. Используется для изготовления коллекторов, паропроводов котлов высокого давления, при не выше 570°С (Ф-вольфрам).

 

 

Для мазута:

не превышает 540°С, если ;

не превышает 585°С, если .

7. 15Х1М1Ф. Используется для изготовления коллекторов, паропроводов высокого давления. При не превышающей 575°С.

8. 12Х2МФСР. Используется для изготовления поверхностей нагрева пароперегревателей.

Р – бор;

С – кремний.

Если топливо-мазут, то не больше 585°С;

Если топливо-сланец, то не больше 545°С;

Если другие виды топлива, то не больше 600°С.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-10; просмотров: 3340; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.229.239.82 (0.01 с.)