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.