Режимы работы и эксплуатации ТЭС. Графики нагрузок и режимы работы электростанций, страница 16

Из графика, построенного в логарифмических координатах, видно , изменение температуры на 40оС приводит к уменьшению σдл  на порядок.  /рис21/.

Основными критериями оценки жаропрочности стали служат :                                                                 -  предел длительной прочности                                                                                                                       -  условный предел ползучести - напряжение которое при высокой температуре вызывает скорость ползучести металла  wкр = 10-5 %/ч, что соответствует 1% сумарной деформации за 100000 часов, или скорости wкр = 10-7 мм/ч.

- сохранение стабильности структуры и механических свойств металлом при работе в течение расчетного срока эксплуатации

 Окалиностойкость- это способность металла сопротивляться окисляющему воздействию топочных газов при температурах 500-800оС и выше без заметного изменения рабочих свойств на протяжении рабочего срока службы.  Контролируется это по уменьшению толщины стенок труб не более 0,08мм/год.

Для увеличения жаропрочности и окалиностойкости сталей применяют ее легирование.

 Легированные стали маркируются при помощи букв, обозначающих элементы, применяемые для этого, и цифр, указывающих на процентное содержание их в сплаве.                                                                                                                                                                      

 Принятые обозначения : Х – хром, М – молибден, Т – титан, Ф – ванадий, Н- никель, Г–марганец, С – кремний.

Для трубопроводов с температурой 450-550оС применяют сталь марки 12ХМФ / 12Х1МФ /, 15Х1М1Ф  с σдл = 110мпа, в которых содержится до 5% легитуры.

Для труб выходных пакетов пароперегревателей, работающих при температурах до 650оС 

применяют сталь мерки 1Х18Н12Т с σдл = 85-110мпа, содержащиая до 35% легирующих элементов. Для изготовления корпусов турбин применяются стали марки 15Х1МФЛ,  вала  и дисков ротора –25Х1М1Ф с σдл =150мпа,  для лопаток сталь 15Х11МФ с σдл –140мпа. Барабан котла изготавливают из стали 15ГНМ с σдл = 70 – 80мпа, применимой  при температурах до 450оС.  Стоимость низколегированных сталей в 1,5 – 2 раза выше углеродистых, высоколегированных в  5-8 раз выше низколегированых, что ограничивает их применение.

Температурные напряжениия в металле, ограничивающие маневренность оборудования.

Передача теплоты в стационарных режимах происходит при перепаде температур  Δt в толще стенки, которая зависит от тепловой нагрузки  q по следующей зависимости:

                             Δt = q δ / λ

где  λ – теплопроводность металла

        δ – толщина стенки

При этом наружные и внутренние стенки нагреты неодинаково. Наружные более нагретые стенки окажутся сжатыми, т.к.основная масса металла препятствует их расширению, а внутреняя, менее нагретая растянутой. Такие условия существуют у труб поверхностей нагрева котла. /рис22/.     Эти напряжения могут быть рассчитаны по формуле:

                           σт = ( 1- μ ) αст  Ест Δt

где : αст – линейный коэф. теплового расширения в мм/мм оС

        μ   - коэф. Пуассона, учитывающим сложно напряженное состояниематериала.

        Е – модуль упругости стали в мпа

Температурные напряжения накладываются на напряжения, возникающие от внутреннего давления среды σР и на внутренней стенке одного знака складываются, на наружной стенке температурные напряжения имеют другой знак и вычитаются друг из друга.  Тангенциальные напряжения от внутреннего давления среды на внутренней поверхности максимальны и могут вызвать разрыв трубы по диаметру:

                           σРвн = Р *( β2 +1 / β2 –1)

 а на наружной    

σРнар = - 2Р / β2 -1  

где  β = D/d – отношение наружного диаметра к внуреннему.

При наличии накипи коэф. теплопередачи металла падает, и напряжение на внутреннй стенке может оказаться несколько меньшим, температура стенки возрастает, что приводит к уменьшению предела текучести металла, а с другой стороны к возрастанию температурных напряжений.