Приложение 1. Методические указания по оценке ресурса металла барабана

Приложение 1

Методические указания по оценке ресурса металла барабана

Условные обозначения:

- амплитуда напряжений, МПа;

- перепад температуры, °С;

- коэффициент линейного расширения, ;

- модуль упругости при температуре Т, МПа;

- предел прочности при температуре Т, МПа;

- относительное сужение при температуре Т, %;

D - паропроизводительность котла, кг/ч;

m - величина непрерывной продувки котловой воды;

- водяной объем котла, ;

- удельный объем кипящей воды, ;

- частота термоциклирования барабана на стационарном режиме, ;

N - число циклов до разрушения для заданного циклического режима;

r - коэффициент асимметрии цикла.

1. Общие положения

1.1. Настоящие Методические указания (МУ) определяют схему, основные этапы и исходные данные для оценки ресурса металла барабана в условиях нестационарного эксплуатационного нагружения.

1.2. Основным фактором исчерпания ресурса металла барабана и накопления повреждений, образования и развития трещин является развитие процесса коррозионной усталости в зонах конструктивных концентраторов напряжений, определяемое спектром служебных циклических нагрузок, воздействием коррозионной среды, наличием дефектов, состоянием и изменением прочностных и пластических свойств металла в процессе эксплуатации, а также конструктивными особенностями и условиями эксплуатации конкретного барабана.

1.3. Цель применения настоящей методики заключается в определении состояния барабана по уровню накопленной повреждаемости металла (НПМ) и оценки стадии процесса накопления и развития повреждений: докритической (стадии зарождения трещин) или износовой (стадии массового образования трещин).

1.4. Расчет величины НПМ для критической (по уровню действующих напряжений и влияния коррозионной среды) зоны с учетом комплекса конструктивных и эксплуатационных факторов является базой для определения возможности и условий дальнейшей эксплуатации барабана и его дополнительного служебного ресурса.

2. Дифференциация нестационарных режимов и расчет величины циклических напряжений

2.1. В качестве основных циклических режимов работы котельных барабанов, обуславливающих НПМ от воздействия коррозионной усталости, принимаются:

- тепловые удары;

- гидравлические испытания и опрессовки котла при рабочем давлении;

- гидравлические испытания при давлении 1,25 рабочего;

- температурные колебания стенки барабана при работе котла на стационарном режиме.

2.2. Под тепловым ударом понимаются режимы со скачкообразным изменением температуры среды в барабане (например, разрыв экранной трубы, заполнение водой неостывшего барабана или заполнение холодного барабана водой через экономайзер), которое характеризуется быстрым изменением температуры стенки барабана.

2.3. При необходимости должны выделяться дополнительные группы режимов, требующие совместного учета нагружающих факторов (например, при разрыве экранной трубы от совместного действия температурных напряжений и напряжений от внутреннего давления в конкретном временном интервале).

2.4. Количество пусков-остановов, тепловых ударов и гидроиспытаний при давлении 1,25 рабочего, а также других циклических режимов устанавливается по эксплуатационной документации. При отсутствии данных по количеству тепловых ударов и гидравлических испытаний (опрессовок) при рабочем давлении оно принимается равным соответственно 0,08 и 1,0 от числа пусков-остановов.

2.5. Частота термоциклирования барабана в период работы котла на стационарном режиме определяется перемешиванием в барабане котловой и питательной воды и связывается с параметром интенсивности смены воды в котле:

. (1)

Для основных типов энергетических барабанных котлов изменяется в пределах: 2,9...11,4 .

Помимо этого необходим учет термических колебаний среды в барабане в период его пуска, число которых при отсутствии конкретных данных может быть принято равным 40 за один пуск.

2.6. Амплитуда действующих при пуске-останове котла и его гидроиспытаниях напряжений вычисляется согласно нормативным документам, при этом необходим учет конкретных скоростей нагрева (охлаждения) барабана при пуске-останове, а также условий суммирования температурных напряжений и напряжений от внутреннего давления. При отсутствии конкретных данных скорость нагрева (охлаждения) барабана принимается равной 5,0°С/мин.

2.7. Амплитуда напряжений при тепловом ударе определяется по формуле

. (2)

Аналогичным образом вычисляется и амплитуда напряжений при термоциклировании барабана в условиях пуска котла и при его работе на номинальных параметрах.

2.8. При отсутствии данных для тепловых ударов перепад температуры среды, омывающей стенку барабана, принимается равным 100°С, а при термоциклировании - 20°С.

3. Расчет усталостных характеристик металла

3.1. Характеристики усталостной долговечности металла барабана определяются в диапазоне чисел циклов нагружения по соотношению

, (3)

где n - коэффициент запаса;

и - характеристики материала;

r - коэффициент асимметрии нагружения;

А и В - константы, определяемые механическими свойствами материала.

3.2. Коэффициент асимметрии цикла определяется для каждой группы нестационарных режимов, если r < -1 и r > 1, то в расчете принимается r = -1.

3.3. Константы А и В уравнения (3) определяются соотношениями:

; (4)

. (5)

3.4. Характеристики материала барабана и определяются как:

;

.

3.5. Наименьшее значение коэффициента запаса n принимае