Материалы оборудования ТЭС

эксплуатации и основных служебных свойств материалов, а также вопросов, связанных с продлением и восстановлением ресурса материалов оборудования ТЭС.

Особенности структурирования и подачи учебного материала:

теоретическая часть включает в себя конспект лекций по дисциплине «Материалы оборудования ТЭС» и содержит 3 раздела по общим сведениям

ометаллах и сплавах, особенностям материаловедения в теплоэнергетике и ресурсу металла теплоэнергетического оборудования ТЭС.

практическая часть состоит из перечня тем практических занятий;

раздел контроля знаний содержит вопросы к зачету и контрольные

тесты;

вспомогательный раздел содержит учебную программу по дисциплине «Материалы оборудования ТЭС».

Рекомендации по организации работы с УМК (ЭУМК): Материалы данного электронного учебно-методического комплекса можно использовать при выполнении курсовых и дипломных проектов (работ), посвященных проектированию, эксплуатации, монтажу и ремонту теплоэнергетического оборудования ТЭС.

Полученные знания при изучении данного электронного учебнометодического комплекса предназначены для формирования научного мышления и профессиональной ответственности инженеров энергетического профиля, которые должны явиться основой приобретения умения выбора конструкционных материалов элементов теплоэнергетического оборудования ТЭС при проектировании, монтаже и ремонте оборудования ТЭС.

3

Электронный учебно-методический комплекс

Теоретический раздел

МАТЕРИАЛЫ ОБОРУДОВАНИЯ ТЭС

2. Курс лекций

Минск 2016 г.

5

проводов более качественных сталей и сплавов позволило увеличить давление и температуру рабочего тела (пара, газа), что обеспечило повышение технико-экономических показателей энергоустановок. Если еще полвека назад рабочие параметры водяного пара составляли 10-12 МПа и 500-540 °С, то в настоящее время эти параметры возросли до 30 МПа и 650 °С.

Основу современной теплоэнергетики составляют тепловые электрические станции, оснащенные мощными парогенераторами и турбинами. Базовыми конструкционными материалами теплоэнергетических установок являются стали и сплавы, которые обладают высокими эксплуатационными свойствами. К таким свойствам следует, прежде всего, отнести способность металла длительно противостоять воздействию высокой температуры, давлению, коррозии и эрозии. Длительная эксплуатация энергоустановок в течение десятков тысяч часов приводит к изменению структуры металла, накоплению в нем повреждений и, как следствие, ухудшению его основных служебных свойств и снижению надежности работы оборудования и трубопроводов. Для замедления этих негативных процессов повышаются требования к качеству металла, обследованию его структурно-механического состояния и обоснованию оценки остаточного ресурса. Поэтому долговечность, надежность и эффективность работы энергоблоков неразрывно связаны с качеством металла, характеризуемым заданными структурой и уровнем служебных свойств. В связи с этим прогресс в развитии теплоэнергетики зависит от обеспечения энергомашиностроительных предприятий жаропрочными, жаростойкими и коррозионно-стойкими сталями и сплавами высокого и особого качества.

Основные задачи металловедения в решении этой проблемы для теплоэнергетики состоят в изучении структуры и комплекса физико-механических свойств металла, изменений, происходящих в структуре и свойствах на стадиях изготовления и эксплуатации оборудования и трубопроводов, обосновании выбора металла и технологий его обработки для изготовления деталей и конструкций энергоблоков, использовании эффективных способов оперативной диагностики структурно-механического состояния металла и разработке надежных методик оценки его остаточного ресурса.

В ближайшие годы роль металловедения в теплоэнергетике будет постоянно возрастать в связи с тем, что в настоящее время более 80% действующих энергоблоков исчерпало свой проектный ресурс (100 тыс. ч). Поэтому задачи увеличения рабочего ресурса, сохранения показателей надежности и безопасности энергоустановок представляются чрезвычайно актуальными. Решение этих задач невозможно без знаний в области металловедения.

Продление ресурса элементов энергооборудования и трубопроводов

7

можно обеспечить применением специальных ремонтно-восстановительных и технологических операций по увеличению физических возможностей металла. Знания и опыт, накопленные в металловедении, позволяют обоснованно выбрать наиболее эффективные способы восстановления ресурса деградировавшего металла. Например, на тепловых электростанциях успешно применяются такие способы восстановления металла элементов оборудования и паропроводов, как восстановительная термическая обработка, наплавка, нанесение износостойких и коррозионно-стойких покрытий и др.

Использование современных методов и технических средств оперативной диагностики состояния металла, пробывшего длительное в эксплуатации, также способствует своевременному выявлению потенциально опасных мест в деталях и конструкциях энергоустановок и предотвращению аварийных ситуаций. Металлографический и фрактографический анализы металла и изломов деталей, разрушившихся в процессе эксплуатации, и оценка фактических механических свойств металла непосредственно в этих деталях позволяют устанавливать причины разрушения и принимать своевременные меры по их устранению на других аналогичных энергоблоках. Анализ механизмов макро- и микроповреждаемости металла в зависимости от длительности эксплуатации необходим для более точной оценки степени исчерпания ресурса. Комплексный учет структурных факторов, накопленной повреждаемости и фактических механических свойств металла позволяет более точно выполнить расчеты на прочность деталей и узлов энергооборудования до и после восстановления.

Специалистами академических и отраслевых НИИ, вузов, служб металлов предприятий теплоэнергетики, заводских лабораторий предприятий энергомашиностроения проведен большой объем теоретических и экспериментальных работ по обоснованию продления срока службы энергооборудования и трубопроводов после исчерпания проектного ресурса. Разработаны и действуют нормативные документы в виде типовых инструкций по контролю металла и продлению срока службы основных элементов паровых и водогрейных котлов, паровых турбин и трубопроводов.

Понятия о металлах, их классификации и свойствах. Металлы и их сплавы повсеместно используются для изготовления конструкций машин, оборудования, инструмента и т.д. Несмотря на широкий круг искусственно созданных материалов, керамики, клеев, металлы служат основным конструкционным материалом и в обозримом будущем по-прежнему будут доминировать.

В природе металлы встречаются как в чистом виде, так и в рудах, оксидах и солях. В чистом виде встречаются химически устойчивые элементы

8

(Pt (платина), Au (золото), Ag (серебро), Hg (ртуть), Cu (медь)). Масса наибольшего самородка меди составляет 420 т, серебра – 13,5 т, золота – 112 кг.

Примерно 250 лет тому назад великий русский ученый Ломоносов в книге «Первые основания металлургии или рудных дел» дал металлу следующее определение: «Металлом называют светлое тело, которое ковать можно». Исходя из этого определения М.В. Ломоносов насчитывал всего шесть металлов: золото, медь, железо, свинец и олово. Известные ранее ртуть и сурьма не подходили под это определение, так как ртуть при нормальных условиях является жидкостью, а сурьма настолько хрупка, нельзя ковать.

Позднее к свойствам металлов стали причислять и другие свойства, например электрические и теплопроводные, непрозрачность в неслишком тонком слое металла, характерный металлический блеск и др.

В настоящее время техническое определение металла не претерпело существенных изменений: «Металлы – это вещества, обладающие в твердом состоянии высокими электро- и теплопроводностью, а также ковкостью (пластичностью), специфическим блеском и другими свойствами, обусловленными наличием свободных электронов».

С химической точки зрения под металлами понимают определенную группу элементов, расположенную в левой части Периодической системы элементов Д.И. Менделеева (левее мысленной линии, проведенной от бора №5 до астата №85 рис.1.1, эта граница недостаточно четко выражена, т.к. среди элементов, расположенных вблизи границы находятся полуметаллы). Эти элементы при химическом взаимодействии с элементами, являющимися неметаллами, отдают им свои внешние (валентные) электроны, которые непрочно связаны с ядром. Поэтому на наружных электронных оболочках металлов содержится меньшее количество электронов, чем в неметаллах.

Существует еще одно определение металла: «Металл – это твердое тело, обладающее поверхностью Ферми». Под поверхностью Ферми понимают модель движения электронов в металле. По виду модели поверхности Ферми можно описать свойства металла и их изменения в различных условиях. Решение этой сложной задачи позволило бы более полно объяснить разнообразие физико-механических свойств различных металлов.

9