Тема 3. Металлы, каркас, обмуровка паровых котлов.
Особенности работы металла в паровых котлах.
Металл в энергетических агрегатах находится в разных условиях при эксплуатации.
Каркас котла несёт нагрузку лишь при незначительно повышенной температуре.
Поверхности нагрева работают под высоким давлением, при высоких температурах и при высоких тепловых потоках со стороны греющих газов.
Наиболее неблагоприятные температурные условия в области перегрева пара (среды закритических парметров). В тяжёлых условиях находятся трубы, неохлаждаемые подвески и крепления, омываемые горячими дымовыми газами. Наиболее ответственными элементами, работающими под давлением, являются барабаны, коллекторы и паропроводы. С повышением температуры металла происходит снижение его работоспособности за счёт уменьшения прочности и ускорения коррозионных процессов. Если какой-либо элемент, например экранная труба, работает при длительных периодических колебаниях температуры, то в металле могут возникать значительные дополнительные напряжения, связанные с циклической тепловой усталостью.
При испытании конструкционного материала находят зависимость «нагрузка – удлинение» в относительных координатах, т. е. зависимость: , МПа, - относительное удлинение δ, %. На диаграмме удлинения при растяжении имеются характерные точки:
пр – предел пропорциональности, когда заканчивается линейная зависимость удлинения от приложенной нагрузки в виде растяжения;
т – предел текучести;
в – предел прочности (характеризующий разрушение или временное сопротивление). Предел текучести на диаграмме отмечается небольшой площадкой, если площадка незаметна, как это имеет место у легированных сталей, то этот предел определяется как напряжение, соответствующее деформации 0,2%, т. е. 0,2.
При высоких температурах (t > 400оС) характеристики прочности снижаются с увеличением времени выдержки под нагрузкой. Это связано с процессом накопление пластической деформации под действием постоянной температуры и нагрузки. Такое явление называют ползучестью и характеризуют зависимостью относительной деформации при растяжении
=(∆l /l) х 100% от времени выдержки под нагрузкой , ч. На диаграмме ползучести различают три участка скорости ползучести: a – b – неустановившейся, b – c – равномерной, c – d – нарастающей. На последнем участке скорость ползучести непрерывно возрастает вплоть до разрушения.
Равномерную скорость ползучести, %/ч, можно определить по соответствующему участку диаграммы ползучести. Vравнном= bc / bc.
Для деталей энергооборудования допускается скорость ползучести – 10-5 %/час., т.е. за 100000 часов работы деталь может накопить деформацию не более 1 %. Для выяснения неразрушаемости детали за время накопления заданной деформации ведутся испытания материала на длительную прочность вплоть до разрушения образца.
В результате длительной работы в условиях высоких температур стали меняют свои свойства. Некоторые стали становятся хрупкими при обычной температуре, сохраняя при этом высокое значение ударной вязкости, которая характеризует работу ударной силы, отнесённой к поперечному сечению образца, Н х м/м2 , в области высоких температур. Это явление называют тепловой хрупкостью. Каждая сталь при предельно высокой для неё температуры подвержена окалинообразованию. На поверхности детали образуется плёнка окислов. Интенсивная коррозия начинается при разных температурах для различных марок сталей. Содержание в топливе значительного количества серы ускоряет процесс окалинообразования.
Предельные температуры по жаростойкости (окалинообразованию) в среде продуктов сгорания.
Марка стали Сернистый мазут. Каменный, бурый уголь. Газ.
12Х1МФ 540 (585) 585
12Х2МФСР 585 595
12Х2МФБ 620 630
12Х18Н12Т 610 640