Материалы для изготовления элементов энергетического оборудования

В разделе рассматриваются материалы, которые используют для изготовления элементов энергетического оборудования. Условия работы этих материалов.

Металл элементов паровых или водогрейных котлов и тру­бопроводов работает в разнообразных и в ряде случаев тяжелых условиях.

Каркас котла, его обшивка, детали котельно-вспомогательного обо­рудования эксплуатируются при комнатной или умеренно повышен­ной температуре и относительно невысоких напряжениях. Для изго­товления деталей каркаса чаще всего используются углеродистые стали обыкновенного качества, которые являются наиболее дешевым, и технологичным конструкционным материалом.

В более тяжелых условиях находится металл элементов котлов и трубопроводов, работающих под давлением. Повреждение этих эле­ментов связано с повышенной опасностью.

Внутреннее давление и дополнительные усилия, вызванные весо­выми нагрузками, тепловыми расширениями и рядом других трудно учитываемых факторов, приводят к тому, что эти элементы котлов ра­ботают в сложнонапряженном состоянии.

Кроме этого, такие детали котлов и трубопроводов имеют конструкционные концентраторы напряжений в виде отверстий для приварки штуцеров, патрубков, резкие переходы сечений и т. п. При пусках, остановах, переходных режимах в трубной системе и барабанах кот­лов возникают циклические напряжений. Поэтому для снятия пиков местных напряжений в условиях сложного напряженного состояния безопасности образования трещин металл этих элементов должен обладать высокими пластическими свойствами.

Трубы поверхностей нагрева омываются горячими топочными газами, с одной стороны, и паром или водой, с другой стороны. В современных паровых котлах пар перегревается до температуры 545°– 570°С. Температура металла труб поверхностей нагрева существенно выше температуры пара на выходе из котла. Это определяется нерав­номерной раздачей пара по змеевикам и неравномерным обогревом труб газами, а также неизбежным перепадом температур между на­ружной обогреваемой и внутренней охлаждаемой поверхностями труб и теплоносителем.

Металл при высоких рабочих температурах снижает прочность, возникают новые явления, которые не наблюдаются при комнатной температуре; металл начинает накапливать пластическую деформа­цию при относительно низких напряжениях, снижаются его пластичес­кие свойства при длительном нагружении, ухудшается структура, а на его поверхности интенсивно протекают коррозионные процессы.

Еще в более тяжелых температурных условиях работают необо-греваемые стойки и подвески труб поверхностей нагрева и элементы конструкций горелок. К их материалам предъявляются высокие требо­вания в отношении коррозионной стойкости.

Хвостовые поверхности нагрева и стальные газоходы паровых кот­лов, в которых сжигаются топлива с большим содержанием серы, под­вержены низкотемпературной сернистой коррозии. На этих относитель­но холодных поверхностях происходит конденсация паров серной кис­лоты.

При сжигании сильно забалластированных топлив происходит ин­тенсивный эрозионный износ труб поверхностей нагрева в результате воздействия абразивных частиц золы.

Эрозионному износу из-за влияния потоков воды или пара подвер­жены регулирующие и запорные органы пароводяной арматуры, ра­бочие элементы питательных насосов и т. п.

На внутренних поверхностях труб котла, барабанов, камер и трубо­проводов протекает коррозия в воде или паре, происходит образова­ние отложений, забивание гибов труб поверхностей нагрева продукта­ми коррозии. При этом ухудшается теплообмен, так как слой оксидов, обладающий низкой теплопроводностью, вносит добавочное терми­ческое сопротивление.

Применительно к котлам, сосудам и трубопроводам, работающим под давлением, часто используется обобщающий термин – объекты котлонадзора (по наименованию одного из управлений Госгортехнадзора России, которому поручено обеспечение безопасности этого обо­рудования). Безопасность – свойство объектов, заключающееся в сведении к минимуму вредного воздействия при нормальной эксплуатации и в случае аварии на обслуживающий персонал, население, оборудование и строительные конструкции, а также в предотвраще­нии негативного воздействия на окружающую среду. Его не следует путать с понятием надежность. Надежность – свойство изделия вы­полнять заданные функции, сохраняя при этом свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежут­ка времени или требуемой наработки. Как видим, понятие «безопас­ность» шире понятия «надежность».

Надежность котлов, сосудов и трубопроводов обеспечивается пу­тем правильного выбора материалов, стабильности свойств материа­лов как результата отработанности и неизменности металлургического цикла их производства и технологического цикла на заводе–изготови­теле оборудования, совершенства конструкции, высокого качества мон­тажа, эксплуатации и ремонта.