Повреждения трубной системы (Расчетная работа по I части курса "Конструкционная прочность")

ПО  -  АО  -  ИТ  -  Р  -  ТЛ  -  НО  -  З  -  Г  -  Б

ПРИНЯЛ

Профессор________________ / Ю.А. Душин /

Расчетная работа по I части курса «Конструкционная прочность»

«Повреждения трубной системы»

Вариант  - II

Группа: К–301 (М-501)          Студент: Бертова Алина

Выдано 01.09.2004      Срок выполнения    29.09.2004     Представлено   27.10.2004

1.  Формулировка задания

Оценить предельную скорость и последствия  коррозии теплопередающих труб (влияние на толщину стенки, состав материала и характер разрушения). Условия работы – в табл.1, 2.

Дополнительные сведения:

  исходный ресурс не менее 10⁴ ч;

  допускается колебание давления с частотой 20 Гц в пределах ± 10% от номинального значения Р;

  расчет на хрупкое разрушение ведется для условий гидравлических испытаний при пробном давлении Р_пр = 1,25  Р, где [s] - допускаемые напряжения при нормальной и рабочей температуре;

  расчетный дефект - поверхностная трещина глубиной 0,25δ, где δ – расчетная толщина стенки;

  скорость роста трещин ползучести вычисляется только при 600 ^оС (по данным для стали 08Х16Н11М3) , трещин усталости – при 750 ^оС (по данным для сплава IN713 LC);

  скорость газовой смеси- 5 м/с;

  коэффициенты активности элементов в сплавах g»1.

При термодинамическом расчете рекомендуется принимать состав газовой смеси в парциальных давлениях, атмосферах и ограничивать его преобладающими компонентами (для программы “Астра-4” директивы <prp < inte < prte < prdom < noion>). Для расчета рабочей среды следует задавать давление и температуру, для расчета системы материал – среда – минимальный объем в м³ (порядка v=0.0000001) и температуру. Название файла: фамилия – КП-04.

Примерная последовательность изложения:

формулировка задания – заданные характеристики (конструкции и материала) – расчет стенок – обобщение справочных данных – ресурс при статическом нагружении – анализ новой ситуации – результаты и выводы.

2.  Исходные данные

                                                                                                                         Таблица №1

Назначение системы

Характеристики среды

Р, ат

Характеристики труб

Основной энергоноситель

Содержание элементов, мас. % (или других газов, об. %)

Т, оС

D, мм

Материал*

С

Н

О

О2

Н2

N2

СО

СО2

Н2О

СН4

Вход

Выход

Конверсия:паровая

Попутный газ (Туймаза)

–

–

–

–

–

–

–

–

80

–

40

530

750

133

10Х16Н14В2БР (ЭП17)I

                                                                                                                                  Таблица №2

Состав природных и нефтяных попутных газов, об.%

Категория газа и месторождение	Метан CH4	Этан C2H6	Пропан C3H8	н-Бутан C4H10	н-Декан C10H22	СО2	N2
Попутный:
Туймаза	42	20	17	8	3	5	5

                                                                                                                                  Таблица №3

Механические свойства стали

Сталь 10Х16Н14В2БР
Т, К	σВ, МПа	σ0,2, МПа	[σ]*
293	540	230	153
1023	110	80	42
873	380	145	97

* по нормам прочности, предусмотренным в ядерной энергетике n_В=2,6, n_0,2=1,5.

3.  Предварительные определения

Толщина стенки трубы

КИН для аустенитных сталей.

Пробное давление

Константа Генри, показатель растворимости водорода в хромоникелевых сталях:

.

γ=2 – коэффициент активности углерода в аустенитных сталях.

4.  Решение задачи

v  Наводороживание

Присутствие водорода в газовой смеси приводит к образованию флокенов и охрупчиванию металла. Сравним концентрацию водорода в металле с допустимой концентрацией водорода и сделаем соответствующий вывод.

Концентрация водорода в металле:

,

Пороговая концентрация водорода в металле .

Вывод: сравнение пороговой и действительной концентраций показывает, что будет наводороживание, так как концентрация фактическая превышает допустимое значение.

v  Науглероживание

Для определения присутствия этого явления необходимо сравнить активности углерода в металле и газе. При условии - будет науглероживание.

      Активность углерода в газе:

      Активность углерода в металле:

      Условие выполняется – будет науглероживание.

v  Расчет толщины науглероженного слоя. Определение необходимой поправки

v  Расчет на хрупкое разрушение

Разрушение будет пластичным, так как критическое напряжение превосходит предел текучести.

v  Определение скорости трещины ползучести

           

v  Определение скорости трещины усталости

Количество возможных циклов при данном размере трещины составляет, с учетом преобразования формулы в соответствии с условием страгивания: