بررسی اثرات شرایط محیطی بر عملکرد تجهیزات نیروگاه بخار(بخش 1)

بررسی اثرات شرایط محیطی ( فشار ، دما ، رطوبت و … ) بر عملکرد تجهیزات نیروگاه بخار و بررسی تاثیرات آن روی طراحی تجهیزات

عناوین

چکیده

فصل اول : معرفی تجهیزات نیروگاه بخاری

1 ـ 1 ـ مقدمه

1 ـ 2 ـ دیگ بخار و تجهیزات جانبی آن

1 ـ 2 ـ 1 ـ مقدمه

1 ـ 2 ـ 2 ـ اکونومایزر

1 ـ 2 ـ 3 ـ درام

1 ـ 2 ـ 4 ـ لوله های دیوارهای محفظه احتراق یا اوپراتور

1 ـ 2 ـ 5 ـ سوپر هیترها

1 ـ 2 ـ 6 ـ دی سوپر هیتر ها یا اتمپراتورها

1 ـ 2 ـ 7 ـ ری هیترها

1 ـ 2 ـ 8 ـ جنس لوله های بویار

1 ـ 2 ـ 8 ـ 1 ـ ساختار میکروسکوپی  فولادها

1 ـ 2 ـ 8 ـ 2 ـ اورهیت شدن لوله های بویلر

1 ـ 2 ـ 8 ـ 3 ـ تغییرات ساختار فولاد در تحت اورهیت

1 ـ 2 ـ 8 ـ 4 ـ اتفاقات اورهیت در نیروگاهها

1 ـ 2 ـ 8 ـ 5 ـ بحث و نتیجه گیری

1 ـ 3 ـ گرمکن های آب تغذیه

1 ـ 4 ـ کوره یا محفظه حتراق

1 ـ 4 ـ 1 ـ ساختمان مشعلها و روشن پودر کردن سوخت در آنها

1 ـ 5 ـ تجهیزات جانبی دیگ بخار

1 ـ 5 ـ 1 ـ گرمکن های هوا

1 ـ 5 ـ 2 ـ دریچه های کنترل هوا یا دمپرها

1 ـ 5 ـ 3 ـ دودکش

1 ـ 6 ـ فنهای نیروگاه

1 ـ 7 ـ والوها

1 ـ 8 ـ سیستمهای مرتبط با دیگ بخار

1 ـ 8 ـ 1 ـ مقدمه

1 ـ 8 ـ 2 ـ سیستم کنترل آب تغذیه

1 ـ 8 ـ 3 ـ سیستم کنترل درجه حرارت بخار

1 ـ 8 ـ 4 ـ کنترل فشار بخار

1 ـ 8 ـ 5 ـ کنترل سیستم احتراق

1 ـ 8 ـ 5 ـ 1 ـ کنترل هوای مشعل

1 ـ 8 ـ 5 ـ 2 ـ کنترل سوخت مشعل

1 ـ 8 ـ 5 ـ 3 ـ کنترل فشار محفظه احتراق

1 ـ 9 ـ 1 ـ مقدمه

1 ـ 9 ـ 2 ـ اصول کار و وظایف کندانسور

1 ـ 9 ـ 3 ـ  اثرات وجود هوا در کندانسور

1 ـ 9 ـ 4 ـ انواع کندانسور از نظر خنک سازی بخار

1 ـ 9 ـ 5 ـ وسایل حفاظتی کندانسور

1 ـ 9 ـ 6 ـ تمیز کردن کندانسور

1 ـ 10 ـ سیستمهای آب گردشی خنک کننده کندانسور

1 ـ 10 ـ 1 ـ مقدمه

1 ـ 10 ـ 2 ـ انواع سیستمهای خنک کن

1 ـ 10 ـ 3 ـ سیستم یکبارگذر

1 ـ 10 ـ 4 ـ سیستم چرخشی

1 ـ 10 ـ 5 ـ سیستم ترکیبی

1 ـ 11 ـ توربین بخار و انواع طبقه بندی آن

1 ـ 11 ـ 1 ـ مقدمه

1 ـ 11 ـ 2 ـ طبقه بندی توربین بخار

فصل دوم : بررسی اثرات شرایط محیطی بر روی عملکرد نیروگاههای بخار

2 ـ 1 ـ اثر کمیت های ترمودینامیکی ( فشار و دما ) بروی بازده سیکل نیروگاه

2 ـ 2 ـ 1 ـ وظیفه اصلی چگالنده

2 ـ 2 ـ 2 ـ سیستم آب گردشی نیروگاه

2 ـ 2 ـ 3 ـ عوامل موثر بر برج خنک کن نیروگاه

2 ـ 2 ـ 4 ـ اثرات شرایط محیطی بر کندانسور

2 ـ 3 ـ اثرات شرایط محیطی بر روی عملکرد لوبلیر نیروگاه

2 ـ 3 ـ 2 ـ اثرات فشار و دمای محیط بر روی عملکرد بویلر

2 ـ 4 ـ بررسی نمونه ای اثرات شرایط محیطی بر عملکرد  نیروگاه بخاری ( تبریز )

2 ـ 4 ـ 1 ـ تاثیر درجه حرارت محیط در مصرف داخلی

2 ـ 4 ـ 2 ـ تاثیر درجه حرات محیط در مصرف آب نیروگاه

نتیجه گیری

2 ـ 4 ـ 3 ـ تاثیر درجه حرارت کم محیط در بهینه سازی مصرف داخلی نیروگاه تبریز

2 ـ 4 ـ 4 ـ تاثیر درجه حرات در افزایش تلفات و کاهش عمر الکتروموتورهای سوخت

2 ـ 5 ـ بررسی علل خوردگی لوله های کندانسور واحد یک نیروگاه تبریز

2 ـ 5 ـ 1 ـ شرایط کاری و مشخصات فنی لوله های کندانسور

2 ـ 5 ـ 2 ـ وضعیت ظاهری نمونه لوله

2 ـ 5 ـ 3 ـ نتایج آزمایشات

2 ـ 5 ـ 4 ـ فرم مقطع سوراخ

2 ـ 5 ـ 5 ـ بررسی زیر ساختار لوله

2 ـ 5 ـ 6 ـ علل خوردگی و سوراخ شدن نمونه مورد آزمایش

2 ـ 5 ـ 7 ـ پیشنهادات

2 ـ 6 ـ بررسی نمونه ای اثرات شرایط محیطی بر عملکرد نیروگاه بندرعباس

2 ـ 6 ـ 1 ـ اثرات شرایط محیطی بر عملکرد بویلر و تاثیر آن بر طراحی بویلر

2 ـ 6 ـ 2 ـ اثرات شرایط محیطی بر عملکرد توربین

2 ـ 6 ـ 3 ـ اثرات شرایط محیطی بر ژنراتور

2 ـ 6 ـ 4 ـ اثرات شرایط محیطی بر کندانسور

2 ـ 7 ـ بررسی نمونه ای اثرات شرایط محیطی بر روی عملکرد نیروگاه شهید محمد منتظری اصفهان

2 ـ 7 ـ 1 ـ اثرات شرایط محیطی بر روی عملکرد بویلر

2 ـ 7 ـ 2 ـ اثرات شرایط محیطی بر عملکرد کندانسور

فصل سوم

نتیجه گیری

مراجع

 

چکیده

شرایط جغرافیای و آب و هوایی در ایران که متاسفانه بیشتر کویر و گرم می باشد کمک می نماید که درصد مصرف داخلی واحدهای بهره برداری شده در ایران از حد بالایی برخوردار باشد بر  این اساس جای زیادی برای کاهش مصارف داخلی واحدهای در حال کار برای پرسنل بهره برداری نیروگاههای بخاری جزء توجه به تغییرات دمای هوای محیط و دیگر شرایط محیطی و نیز میزان بار واحد باقی نمی ماند که به عنوان مثال در نیروگاه کازرون با توجه به راه اندازی واحدها و میزان مصارف کم واحد ها روش مورد عمل در نیروگاه کازرون توجه به دمای محیط و استفاده حداقل از فن های خنک کن روغن و ‌آب می باشد و در نیروگاه تبریز اقدامات نیروگاه جهت کاهش مصارف داخلی و کاهش تلفات حرارتی و الکتریکی بصورت برنامه ریزی جهت خارج نمودن فن های برج با توجه به دمای آب خنک کن و تغییرات دمای هوای محیط و کاهش نسبی مصارف الکتریکی می باشد . این پروژه از سه فصل تشکیل شده است که در فصل اول به معرفی تجهیزات نیروگاه بخار می پردازیم و در فصل دوم به بررسی اثرات شرایط محیطی بر عملکرد نیروگاه بخار و در فصل سوم نیز نتیجه گیری از پروژه و ارائه پیشنهادات و راه حلهایی جهت کاهش مصارف داخلی نیروگاه با توجه به فاکتور شرایط محیطی می پردازد .

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل اول

معرفی تجهیزات نیروگاه بخاری

 

 

 

1 ـ 1 ـ مقدمه

نیروگاههای بخاری یکی از مهمترین نیروگاههای حرارتی می باشد که در اکثر کشورها ، از جمله ایران سهم بسیار زیادی را در تولید انرژی الکتریکی بر عهده دارد به طوری که سهم تولید این نیروگاهها بیش از 70% کل تولید انرژی کشورمان ( در سال 1375 ) می باشد . از مهمترین این نیروگاهها در کشورمان می توان به نیروگاههای شهید محمد منتظری اصفهان ، رامین اهواز ، اسلام آباد اطفهان ، طوس مشهد ، بعثت تهران ، شهید منتظر قائم کرج ، تبریز ، بیستون ، کرمانشاه ، مفتح همدان و بندرعباس اشاره نمود ، مشخصات این نیروگاهها به همراه دیگر نیروگاهها بخاری کشورمان را می توان در جدول ( 1 ـ 1 ) مشاهده نمود . در این نیروگاهها از منابع انرژی فسیلی از قبیل نفت ، گاز طبیعی ، مازوت و غیره استفاده می شود ، به این ترتیب که از این سوختها جهت تبدیل به انرژی حرارتی استفاده شده و سپس این انرژی به انرژی مکانیکی ، و در مرحله بعد به انرژی الکتریکی تبدیل می گردد به عبارت دیگر در این نیروگاهها سه نوع تبدیل انرژی صورت می گیرد اولین نوع تبدیل انرژی شیمیایی ( انرژی نهفته در سوخت ) به انرژی حرارتی است که این تحول در وسیله ای بنام دیگر بخار صورت می گیرد این تبدیل انرژی باعث می شود که آب ورودی به دیگر بخار تبدیل به بخار با دمای زیاد شود دومین نوع ، تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی است که این تحول در توربین نیروگاه صورت می گیرد و انرژی مکانیکی است که این تحول در توربین نیروگاه صورت می گیرد و انرژی حرارتی نهفته در بخار وردی به توربین تبدیل به انری مکانیکی چرخشی محور توربین می شود . سومین و آخرین نوع از تبدیل انرژی در نیروگاههای بخاری ، تبدیل انرژی مکانکی موتور به انرژی الکتریکی می باشد که این تحول در ژنراتور نیروگاهها صورت می گیرد در نهایت انرژی الکتریکی توسط خطوط انتقال به مصرف کنندگان منتقل می شود در این فصل برآنیم تا تجهیزات اصلی یک نیروگاه از قبیل توربین ، دیگ بخار ، کندانسور و پمپ تغذیه ، به طور مجزا تجهیزات اصلی و جانبی این نیروگاههای مطرح می شود .

جدول ( 1 ـ 1 )

نیروگاه

مکان جغرافیایی

زمان بهره برداری

تعداد واحد

ظرفیت واحد
(مگاوات)

مجموع تولید (مگاوات)

شهید سلیمی

نکا

60 – 1358

4

440

1760

بندر عباس

بندرعباس

64 - 1359

4

320

1280

رامین

اهواز

77 و 60 – 1358

5

315

1575

شهید رجایی

قزوین

1371

4

250

1000

مفتح غرب

همدان

1373

4

250

1000

اسلام آباد

اصفهان

60 – 1348

5

320 × 2

120 × 1

5/37 × 2

835

شهید منتظری

اصفهان

77 و 68 – 1363

6

200

1200

تبریز

تبریز

68 – 1365

2

368

736

بیستون

کرمانشاه

1373

2

320

640

شهید منتظر قائم

کرج

52 – 1350

4

25/156

625

طوس

مشهد

1365

4

150

600

بعثت

تهران

47 – 1346

3

5/82

5/247

شهید بهشتی

لوشان

1352

2

120

240

مشهد

مشهد

53 – 1347

3

13 × 1

60 × 2

133

ایرانشهر

ایرانشهر

76 – 1375

2

64

128

زرند

کرمان

1352

2

30

60

شهید فیروزی

تهران

1338

4

5/12

50

 

1 ـ 2 ـ دیگ بخار و تجهیزات جانبی آن

1 ـ 2 ـ 1 ـ مقدمه

یکی از مهمترین تجهیزات در نیروگاههای بخاری ، دیگ بخار می باشد که در آن ، آب تغذیه شده توسط پمپ تغذیه با جذب حرارت ، به بخار پس تافته تبدیل می گردد . دیگر بخار نیروگاهها از نظر چـگونگی گرم کردن آب ورودی به دو نوع تقسیم می شوند :

الف ـ دیگ بخار درام دار

ب ـ دیگ بخار یک بار گذر

1 ـ 2 ـ 2 ـ اکونومایزر

پس از اینکه گازهای کوره قسمتی از حرارت خود را به لوله های آب  و سوپرهیتـرها می دهد هنوز دارای مقدار قابل ملاحظهای حرارت می باشد که این حرارت همراه گازهایی اگر بدون استفاده از دودکش خارج شود از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبوده و راندمان دستگاه پایین خواهد بود لذا با استفاده از یک اکونومایزر از این حرارت باقیمانده استفاده می نمایند . اکونومایزر شامل تعدادی لوله های سری است که در آخرین مرحله مسیر گازهای حاصله از احتراق قرار گرفته و آب درون لوله ها گرم می شود . میزان افزایش درجه حرارت آب ورودی به اکونومایزر بستگی به طراحی دیگر بخار و حرارت موجود در گازهای خروجی از دیگ بخار دارد بعنوان مثال در نیروگاه طوس دمای آب ورودی به اکونومایزر 242 درجه سانتی گراد و دمای خروجی 294 درجه سانتی گراد می باشد و این در حالی است که در نیروگاه شهید محمد منتظری دمای آب ورودی 244 درجه سانتی گراد و دمای آب خروجی 366 درجه سانتی گراد ( با سوخت گاز در مشعلها ) می باشد . جایگاه این لوله ها پس از لوله های ری هیتر و سوپر هیتر در انتهای دیگ بخار است . باید توجه داشت که توزیع آب در این لوله ها باید یکنواخت باشد تا در قسمتهایی از لوله ها مایع گرم تبدیل به بخار نشود که در این صورت لوله ها صدمه خواهند دید .

1 ـ 2 ـ 3 ـ درام

استوانه ای است به طول چندین متر و قطر داخلی 5/1 متر و ضخامت جدار حدود  12 سانتی متر از جنس فلز مقاوم در مقابل فشار و درجه حرارت . معمولاً از طریق نورد یک قطعه فلزی مستطیل شکل آنرا بصورت استوانه درآورده و دو لبه را به هم جوش می دهند . سپس قطعه های انتهایی را به صورت نیمکره به آن جوش می دهند . جنس ، طول ، قطر داخلی و ضخامت جداوره درام بستگی به بزرگی ، قدرت درجه حرارت و فشار بخار هر واحد دارد . درام به عنوان مخزن در دیگ بخار عمل می کند که دارای وظایف زیر است :

الف ـ جدا کردن قطرات از بخار آب

ب ـ عمل نمودن به عنوان مخزن ذخیره آب

ج ـ با استفاده از سطح آب درام می توان مقدار آب تغذیه به سیکل را کنترل نمود .

فشار درام در دیگ های بخار نیروگاههای شهید رجایی ، طوس ، شهید محمد منتظری و نکا به ترتیب برابر 8/169 ، 45/148 ، 158 ، 210 اتمسفر است .

 

1 ـ 2 ـ 4 ـ لوله های دیوارهای محفظه احتراق یا اوپراتور

اطراف محفظه احتراق دیگ های بخار ، تعداد زیادی لوله های موازی نزدیک به هم که به لوله های اوپراتور موسوم هستند پوشیده شده است . وظیفه این لوله ها از یک طرف آن است که بخشی از حرارت حاصل از احتراق را از طریق تشعشی و جابجایی جذب نماید و از طرف دیگر ، حرارت جذب شده به وسیله هدایت به آب داخل خود منتقل می کند . بنابراین در کوره ، هر سه نوع انتقال حرارت با یکدیگر انجام می گیرد . حاصل این تبادل حرارت جذب حرارت توسط داخل آب لوله ها و تبدیل آن به بخار است . به عبارت دیگر کلیه بخار تولیدی دیگ بخار در این لوله ها ایجاد می شود . از طرف دیگر جذب حرارت توسط لوله های دیواره ای ، باعث خنک شدن فضای اطراف کوره می شود و لذا مشکلی از نظر عایق کاری دیواره های اطراف محفظه احتراق پیش نخواهد آمد . به عبارت دیگر لوله های دیواره ای با جذب حرارت و انتقال آن به آب داخل خود ، دیواره کوره را خنک می نماید . لازم به ذکر است که جریان آب در داخل لوله های دیواره ای از پایین به بالاست . هر چه آب در طول کوره به طرف بالا حرکت نماید حرارت بیشتری جذب نموده و در نتیجه بخار بیشتری تولید می گردد .

1 ـ 2 ـ 5 ـ سوپرهیترها

یک سری لوله از جنس فولاد مقاوم در برابر حرارت و فشار با اشکال مختلف معمولاً به شکل u یا s و یا اشکال دیگر که در کنار هم بفاصله کمی از هم قرار دارد و ابتدا و انتهای آنها به دو لوله بزرگتر بنام هدر جوش داده شده اند و به مجموعه آنها سوپرهیتر گفته می شود این مجموعه معمولاً در فضای داخلی بویلر یعنی داخل کوره و مسیر گازهای خروجی کوره قرار داده می شود بطوریکه هدر ابتدایی و انتهایی در بیرون دیواره و یا هم ردیف دیواره های بویلر و خود لوله های سوپرهیت در داخل قرار می گیرند . هدر ابتدایی به بالای درام مربوط است و هدر انتهایی به لوله خروجی بخار از دیگ . برای استفاده از  انرژی و حرارت بیشتر بخار در نیروگاهها ، بخار اشباع تولید شده در درام دیگ بخار را مجدداً توسط گازهای حاصله از احتراق کوره گرم می کنند . این عمل داغ کردن بخار یا سوپر هیتر نامیده می شود . سوپر هیترها را بر اساس تعداد زیاد لوله ها و محل هدر ها و همچنین شرایط حرارت دریافتی ( از نوع تشعشی یا جابجایی ) طبقه بندی می کنند . در بعضی موارد طبقه بندی سوپر هیتر ها بر اساس هر دو حالت فوق صورت می گیرد . توجه به شکل قرارگرفتن لوله ها و هدرها ، سوپر هیتر ها ممکن است از نوع آویزان باشند . در این نوع لوله ها از هدر ها آویزان بوده و توسط آنها نگهداری می شوند و یا سوپر هیتر ها ممکن است از نوع افقی یانشد و یا ممکن است بشکل (L) باشد که دو نوع اخیر دارای تخلیه طبیعی بوده و احتیاج به تخلیه اجباری ندارند ، و در هنگام روشن کردن دستگاه دیگ بخار بسهولت عمل می نمایند ، از این رو دو طرح مزبور مورد توجه در سوپر هیتر های اولیه دیگ بخار با سوخت پودر شده قرار گرفت . در شکلهای ( 1 ـ 2 ـ الف ) و ( 1 ـ 2 ـ ب ) انواع مختلف سوپر هیترها نشان داده شده است . معمولاً دمای خروجی از سوپر هیترها بیش از 500 درجه سانتی گراد است یه عنوان نمونه این دما در نیروگاههای شیهد رجایی ، تبریز ، طوس ، شهید محمد منتظری ، نکا ، بندرعباس و ایرانشهر به ترتیب در حدود 546 ، 538 ، 540 ، 545 ، 530 ، 540 ، 540 درجه سانتی گراد می باشد . البته برای این نیروگاهها دمای سیال خروجی از سوپر ثانویه با فشارهای زیاد به ترتیب برابر 145 ، 5/178 ، 133 ، 140 ، 190 ، 169 ، 67/137 کیلوگرم بر سانتی متر مربع می باشد .

1 ـ 2 ـ 6 ـ دی سوپر هیترها یا اتمپراتورها

در  عمل سوپر هیترهایی می سازند که برای درجه حرارتهای بالاتر از درجه حرارت مورد لزوم و برای تمام شرایط بار توربین ، مقاومت کافی داشته باشند . در مواقع پایین آمدن بار توربین و در نتیجه درجه حرارت بخار پایین آوردن آن ، از دی سوپر هیتر استفاده می کنند و آنرا می توان ما بین سوپر هیتر اولیه و ثانویه قرار داد .

آب دیگ بخار از درام دیگ بخار سرازیر شده و دور بدنه دی سوپر هیتر جریان پیدا می کند و بخاری را که از لوله های تعبیه شده در بدنه دی سوپر هیتر عبور می کند خنک می سازد . برای کنترل درجه حرات نهایی بخار از سوپاپهایی استفاده می نمایند که بوسیله موتور کار می کنند . این سوپاپها توسط ترموستاتی که در لوله خروجی سوپرهیتر ثانویه نصب شده کنترل می شوند ، بدین ترتیب که جریان بخار را با توجه به درجه حرارت مورد لزوم به دی سوپر هیتر یا مستقیماً به سوپر هیتر ثانویه هدایت می نمایند ، این سوپاپها طوری طراحی شده اند که بطور دستی نیز می توان از آنها استفاده کرد و از این مورد در مواقع اضطراری استفاده می شود . این نوع دی سوپر هیتر بنام دی سوپر هیتر غیر تماسی موسوم است چون سیال خنک کننده تماس واقعی با بخار ندارد .

1 ـ 2 ـ 7 ـ ری هیترها

از نظر اقتصادی به صرفه است تا جهت بالا بردن بازده سیکل از ری هیترهایی که در بین توربین های نیروگاه قرار دارد استفاده شود . در ری هیترها ، درجه حرارت بخار خروجی از توربین فشار قوی را تا درجه حرارت اولیه بخار بالا می بردند و سپس آن را به سمت توربین فشار متوسط هدایت می کنند . این عمل هم می تواند بین توربین های فشار متوسط و ضعیف صورت گرد . ساختمان و طرز قرار گرفته آنها شبیه سوپر هیترهاست و مشابه آنها به دو بخش ری هیتر اولیه و ثانویه ، و در بعضی موارد به چندین بخش تقسیم می شوند . البته وجود ری هیتر در کلیه نیروگاههای بخاری الزامی نیست و معمولاً در دیگ های بخار با ظرفیت پایین استفاده نمی شود اما در دیگهای بخار با ظرفیت بالا استفاده از آنها اجتناب ناپذیر می گردد زیرا بازده سیکل را افزایش و مقدار رطوبت سیال خروجی از توربین رابه مقدار قابل توجهی کاهش می دهند . بعنوان مثال در نیروگاه بعثت بخاطر کوچک بودن واحدهای بخاری آن ( 3 واحد 5/82 مگا وات ) و به علت منفرد بودن توربین ، نیازی به ری هیتر نمی باشد ولی در نیروگاه شهید رجایی هر واحد دارای دو واحد ری هیتر می باشد .


1 ـ 2 ـ 1 ـ جنس لوله های بویلر :

انتخاب جنس فلز لوله بویلر بستگی به شرایط کاری آن بویژه درجه حرارت و فشار داخل آن خواهد داشت . افزایش درجه حرارت از حد مجاز حتی در مقادیر کمی در دراز مدت قادر است که ایجاد تغییرات ساختاری در مواد لوله نموده و کیفیت خواص مکانیکی آنرا پائین بیاورد . ضمناً  ارتباط تنظم وارده به جدارة لوله در تحت فشار داخلی (p) و قطر متوسط آن DM و ضخامت لوله (t) بصورت زیر خواهد بود . ] 4 [

( 1 ـ 1 )           

که همانطور که در رابطه (H) دیده می شود با بالا رفتن فشار و کم شدن ضخامت لوله میزان تنش وارده به جداره لوله افزایش می یابد که این مقدار ممکن است از تنش مجاز آلیاژ لوله در درجه حرارت مورد بیشتر شود لذا لوله های بویلر در واحدهای بخاری علاوه بر پایداری در مقابل درجه حرارت بایستی مقاوم در مقابل خوردگیهای داخلی ( از سمت بخار ) و خارجی از سمت محوطه احتراق باشد .

معمولاً نوع آلیاژ بکار رفته در لوله های واتروال و  اکونومایزر از جنس فولاد کربنی انتخاب می شود که فولاد کربنی تا درجه حرارت حدود ْ450 درجه سانتی گراد در بویلر مقاوم است که درجه حرارت آب حداکثر در لوله های واتروال و بسته به نوع بویلر حدود 350 درجه سانتی گراد می باشد . در لوله های ری هیتر و سوپر هپتر که درجه حرارت بخار بالا و تا حدود 540 درجه سانتی گراد ( در سوپر هیترها ) می باشد و در تحت فشار بالاتری نیز قرار دارند از فولاد های آلیاژی جهت جنس لوله ها استفاده می گردد زیرا تحت این شرایط فولاد کربنی ساده مقاوم نخواهد بود .

و کلاً بصورتی که در جدول ( 1 ـ 2 ) آمده است . ] 15 [ در لوله های بویلر بترتیب از درجه حرارت کم از فولادهای کربنی ساده با میزان کمتر کربن ( استحکام کم ) فولادهای با کربین متوسط ( استحکام متوسط ) ، و با کربن بالا ( استحکام بالا ) استفاده می گردد و با افزایش درجه حرارت از فولادهای کربنی مولیبدن دار با میزان کم مولیبدن مثلاً 5/0 درصد یا (C-0.5MO) استفاده شده که افزایش مولیبدن به فولاد باعث پایدار نمودن آن در درجه حرارت بالاتر می گردد که جهت درجه حرارت بالاتر و پایدارتر نمودن فولاد علاوه بر مولیبدن کرم نیز افزوده می گردد و بدین ترتیب بسته به افزایش درجه حرارت از فولاد های با یک درصد یا بیشتر کرم ـ مولیبدن از جمله فولاد (1Cr-0.5Mo), (9Cr-1Mo) ,(5Cr-0.5Mo) , (2.25Cr-1Mo) , (1.25Cr-0.5Mo) استفاده می شود که این فولاها از نوع فولادهای فریتی بوده و  عناصر اصلی آنها غیر از کربن شامل مولیبدن و کرم می با شد . تاثیر این عناصر در فولاد بطوریست که کربن  کلاً باعث افزایش استحکام و سختی و کرم باعث بالا بردن استحکام و مقاومت به پوسته ای شدن فولاد و مولیبدن باعث پایداری و استحکام فولاد در درجه حرارت بالا می گردد .

از فولاهای بر آلیاژتر از جمله فولاهای ضد زنگ استینیتی که دارای کرم و نیکل بیشتر و عناصر دیگر به مقدار کمتر می باشد ، استفاده می گردد از سر این فولادها می توان فولاهای با 18 درصد کرم و 8 درصد نیکل (18Cr-8Ni)   و (18Cr-10Ni) که مقدار کمی تیتانیم دارد و فولاد (18Cr-8Ni) که مقدار کمی کلمبیوم دارد و فولاد (16Cr-12Ni) که مقدار کمی مولیبدن دارد استفاده می گردد که آنالیز و شماره استاندارد بعضی از فولاهای ذکر شده در جدول ( 1 ـ 2 ) آورده شده است فولادهای معادل این فولادهای ذکر شده را می توان در استانداردهای دیگر مشخص نمود که در این آلیاژها نیکل باعث افزایش استحکام و مقاومت خوردگی و توام با کرم باعث تشکیل ساختار استینتی می گردد .

البته اضافه شده عناصر آلیاژی به فولاد قیمت تمام شده آن را افزایش می دهد در ارتباط با انتخاب نوع فولادها نسبت به درجه حرارت مجاز فلز آن ، استانداردهای مختلف کمی با هم اختلاف داشته که جهت مقایسه مقادیر پیشنهاد شده ] 16 [ توسط چند استاندارد در جدول 1 ـ 3 منعکس شده است .

1 ـ 2 ـ 8 ـ 1 ـ ساختار میکروسکوپی فولادها :

ساختار میکروسکوپی فولاد کربنی ساده که بیشتر در واتروالها استفاده می شود .

از فاز زمینه فریت یا آهن  که به جهت میزان کربن کم آن تا ( 025/0 درصد ) نرم می باشد و مقدار کمی فاز پراکنده پولیت که مجموعه ای است از لایه های آهن  و کاربید آهن Fe3C تشکیل شده است که پرلیت بجهت سخت بودن کاربید آهن سختی بیشتری نسبت به فاز  دارد . البته میزان فازها و ذرات موجود در ساختار فولاد کربنی ساده با در نظر گرفتن میزان کربن فولاد تغییر می کند و در فولاد کم کربن ( کمتر از 15/0 درصد کربن ) میزان پرلیت کمتر بود و در فولادهای با کربن بیشتر میزان پرلیت بیشتر بوده و ذرات پراکنده دیگر کار بیدآهن نیز در ساختار موجود است که پیش بینی ساختار با توجه به نمودار آهن و کربن امکان پذیر می باشد . البته عملیات حرارتی و عناصر آلیاژی خود می تواند در فرم ساختار فولاد تاثیر داشته باشد .

فولاد های فریتی دارای زمینه با فاز فریت  و ذرات پراکنده کاربید و ترکیبات دیگر حاصل از افزایش عناصر آلیاژی و ساختار فولادهای استنیتی شامل فاز زمینه از استنیت یا آهن  بوده و میزان کربن آن بیشتر از فاز  است و می تواند تا حدود 2 درصد کربن داشته باشد . تغییراتی که در بهره برداری پیش می‌آید از جمله تشکیل رسوبات داخلی و لایه های اکسید آهن و رسوبات خارجی حاصل از لایه های اکسید و سرباره های حاصل از مواد خاکستر سوخت ، باعث میگردد که درجه حرارت فلز لوله در نواحی مختلف آن تغییر کند تشکیل لایه یکپارچه اکسید آهن (fe3Oa) در جدارة داخلی لوله های بویلر از نظر محافظت در برابر خوردگی لازم میباشد . ] 17 [ ولی بازاء یک افزایش 51/0 ( میلی متر ) به ضخامت پوسته داخلی حدوداً باعث یک افزایش درجه فلز لوله به مقدار 138 درجه سانتی گراد  245 درجه فارنـهایت خواهد گردید .  ] 18[ این  افزایش درجه حرارت که  از حد مجاز فلز لوله بالاتر رود باعث تغییرات ساختاری در فلز لوله و تضعیف خواص مکانیکی آن میگردد و بستگی به میزان افزایش درجه حرارت فلز لوله که زیاد یا کم باشد در لوله به ترتیب ایجاد اورهیت کوتاه مدت یا دراز مدت خواهد شد .

1 ـ 2 ـ 8 ـ 2 ـ اورهیت شدن لوله  های بویلر :

در اورهیت شدن لوله های بویلر وقتی درجه حرارت فلز لوله به میزان کمی از درجه حرارت مجاز آن ( تا حدود 100 درجه سانتی گراد ) افزایش یابد اورهیت را دراز مدت و وقتی درجه حرارت به میزان بیشتری از درجه حرارت مجاز آن بالا میرود اورهیت را کوتاه مدت تقسیم بندی نموده اند . ] 19 [ در ناحیة تحت اورهیت بجهت بالا بودن درجه حرارت و فشار داخلی با دکردگی ایجاد می گردد . در اورهیت دراز مدت میزان تورم لوله کمتر است زیرا درجه حرارت به میزان کمتری از حد مجاز تجاوز نموده و تغییر فورم در ناحیه اورهیت کمتر خواهد بود و ضخامت لبه شکست ضخیم و اغلب غیر از ترکهای طولی اولیه بموازات لبه شکست ، ترکهای مرز دانه ای در مقطع لبه شکست بواسطة پیشرفت خزش (Creep) در دراز مدت مشاهده می گردد . ترکهای مرز دانه ای در نتیجه تجمع عیوب کریستالی بویژه جاهای خالی در مرز دانه ها در طی سالیان کارکرد لوله بویلر بوجود می آید که حاصل آن تضعیف خواص مکانیکی و شکستگی لوله ها در تحت شرایط کاری خواهد بود . این نوع اورهیت در لوله های سوپرهیتر و ری هیتربیشتر دیده شده است و علل عمده در ایجاد آنرا می توان تشکیل رسوبات و افزایش لایه های اکسید در جدارة داخلی وجود آب کندانس ( در لولة بخار ) نایکنواختی در لایه های رسوبات خارجی و ریزش آنها در بعضی نقاط ( تشکیل نقاط داغ ) دانست . کلیه این عوامل بنحوی باعث بالا رفتن درجه حرارت فلز لوله می گردد ضمناً اختلال در کار مشعلهای کوره نیز می تواند باعث افزایش درجه حرارت و اورهیت آن گردد .

در اورهیت کوتاه مدت میزان با دکردگی و تورم ناحیه اورهیت شده لوله بیشتر خواهد بود که جداره لوله در این ناحیه نازک شده و منجر به پارگی آن می گردد . لبة شکست در این نوع اورهیت نازکتر می باشد . علل عمده در ایجاد این نوع اورهیت را می توان کم شدن یا اختلال در سیال داخلی لوله بعلت گرفتگی در لوله ها و در اثر تجمع رسوبات و تجمع آب ( در لوله های بخار ) و کم شدن سطح آب درام و همچنین انحراف از جوشش حبابی (DNB) در لوله های واتروال و طی آن تشکیل لوله که معمولاً در لوله های افقی و مورب که در تحت فلوی حرارتی بالا بوده و سرعت جریان کم است اتفاق افتاد که این اشکال در ناحیه بالایی لوله ها دیده شده است و نتیجة آن اختلال در انتقال حرارت از فلز به آب شده و در نتیجه موجب اورهیت شدن لوله در این ناحیه خواهد گردید . از علل دیگر اورهیت کوتاه مدت می توان حرارت نسبتاً بیش از اندازه در محوطه احتراق را در نظر گرفت که ممکن است بعلت اختلال در کار مشعل ها و تنظیم نبودن آنها ایجاد گردد .

1 ـ 2 ـ 8 ـ 3 ـ  تغییرات ساختار فولاد در تحت اورهیت :

در تحول اورهیت شدن فولادهای پرلیتی ـ فریتی وقتی درجه حرارت فلز  لوله از حدود 450 درجه سانتی گراد تجاوز می کند ( به  حدود درجه حرارت مجاز در جدول 1 ـ 3 توجه شود ) لایه های پرلیت ابتدا شروع به شکستن می نماید و حالت صفحه ای خود را از دست می دهند و در تحت زمان بیشتر کاربید آهن حالت کروی بخود می گیرد که در ساختار میکروسکوپی بصورت دانه های ریز دیده می شود  که در صورت ادامه اورهیت دانه های ریز کار بید بهم دیگر پیوسته و دانه های درشت تری را تشکیل می دهد و چنانچه درجه حرارت باز هم بالاتر رود ( بیشتر از حدود 700 درجه سانتی گراد ) کاربید آهن به کربن ( گرافیت ) و ( آهن  ) تجزیه می گردد که با ادامه اورهیت ذرات ریز گرافیت بهم پیوسته و تشکیل ذرات درشت تر را می دهد در این تحولات خواص مکانیکی فولاد تضعیف می گردد .

این تغییرات وقتی درجه حرارت فلز لوله بمیزان کمی از حد مجاز تجاوز نموده است تدریجاً صورت گرفته و زمان طولانی تری برای آن لازم خواهد بود و در درجه حرارت بالاتر به زمان و کوتاهتری مورد نیاز است . معمولاً در حدود 700 درجه سانتی گراد کاربیدها کاملا کروی می شوند ولی اغلب بجهت پاره شدن لوله و خروج آب و متوقف کردن واحد در تحول اورهیت تجزیه کاربید کمتر صورت گرفته و یا بصورت کامل انجام نمی گیرد . چون این تغییرات باعث تضعیف خواص مکانیکی می گردد لذا با در نظر گرفتن میزان تنش شکست آلیاژ لوله در هر درجه حرارت نسبت به مقدار پارامتر لارسون میلر P=T(2O+logt) و رسم نمودار مربوطه می توان در مورد زمان شکست در هر درجه حرارت ارزیابی نمود ( پیش بینی عمر لوله ) ] 20 [ که در این رابطه (P) پارامتر لارسون میلر و (T) درجه حرارت مطلق و (t) زمان شکست می باشد .

/ 0 نظر / 150 بازدید