보일러의 노화 징후

모든 발전소 장비는 수명이 제한되어 있지만 모든 구성 요소가 동일한 속도로 노화되는 것은 아닙니다. 일부 장비는 공장의 유효 수명보다 오래 지속될 수 있는 반면, 다른 기계는 수년에 걸쳐 한 번 이상 교체될 수 있습니다. 보일러 부품은 적절한 사례를 제공합니다. 일반적으로 더 높은 온도와 더 극심한 스트레스에 노출된 튜브는 더 빨리 성능이 저하됩니다. 메커니즘을 이해하고 조기 경고 신호를 찾을 위치를 알면 고장이 발생하기 전에 수리를 수행할 수 있습니다.

물의 화학적 제어가 양호했다면 이코노마이저는 일반적으로 복사 과열기(SH)나 재가열기(RH)보다 수명이 더 깁니다. 열화 과정은 구성 재료가 크리프 범위에서 작동할 만큼 충분히 높은 온도에 노출되어 열 피로가 중요한 열화 메커니즘이 되고, 물론 미세 구조 변화가 나타나기 때문에 발생합니다.

이 기사의 목적에 따라 낭비나 벽 감육은 고려되지 않습니다. 즉, 노변 연료재 부식, 비산회 또는 수트블로어 침식, 물/증기 산화 및 부식을 무시합니다. 벽 두께 조사를 통해 일반적으로 이러한 유형의 문제를 찾아낼 수 있으며 필요에 따라 튜브 교체가 이루어질 수 있습니다.

미세 구조 변화와 동시에 경도, 강도 및 연성이 감소합니다. 이러한 변화에는 크롬-몰리브덴(Cr-Mo) 강의 탄화물 구형화, 탄소(C) 및 C-Mo 페라이트 강의 흑연화, 오스테나이트 스테인리스 강의 시그마 상 형성 및 민감화가 포함됩니다.

고온 SH 및 RH 배출구 헤더의 경우 크리프 및 열 피로는 스터브 튜브에서 헤더 끝을 향한 헤더 용접부에서 크리프 피로라고도 불리는 독특한 방식으로 상호 작용합니다. 크리프 범위보다 낮은 증기 온도를 갖는 헤더의 경우 이러한 위치에서 "단순" 열 피로가 발생할 수 있습니다. 더 뜨거운 헤더와 더 차가운 수벽 사이의 차등 팽창으로 인해 수벽과 헤더 사이의 "스터브" 튜브가 편향됩니다. 확장이 길이의 중간점에 대해 대칭이라고 가정할 때 "굽힘" 또는 편향은 헤더 끝에서 가장 큽니다.

손상 형태, 크리프 피로 또는 열 피로는 개별 스터브 튜브의 온도에 따라 달라집니다. 균열의 미세구조 분석은 원인을 규명하기 위해 일반적으로 필요합니다. 모든 튜브가 헤더의 평균 증기 온도에서 작동하는 것은 아닙니다. 중간 헤더에 있는 개별 튜브의 경우 850F의 T2는 일반적으로 코드 허용 응력 수준에서 크리프에 의해 파손될 것으로 예상되지 않지만 850F의 증기 온도는 SA-213 T2 스터브 튜브가 크리프 범위에 있을 만큼 충분히 높을 수 있습니다.

헤더 또는 그 근처의 스터브 튜브 용접에 차등 팽창으로 인해 부과된 응력 추정치는 간단한 빔 이론을 통해 계산할 수 있습니다. 그림 1과 같이 유연한 스터브 튜브의 하중이 수벽/지붕 관통 지점이라고 가정합니다.

편향은 다음과 같이 주어진다:

여기서 δ는 차등 팽창으로 인한 편향(in.), l은 헤더와 수벽 사이의 스터브 튜브 길이(in.), E는 영률(1,000F에서 약 22 x 106psi), I는 파이프 및 튜브의 관성 모멘트(in4)는 π / 64 x(외경4 – 내부 직경4)로 주어지며 P는 편향을 유발하는 데 필요한 하중(단순 굽힘의 경우 lb)입니다.

표면의 굽힘 응력은 다음과 같이 지정됩니다.

여기서 S는 외부 섬유의 최대 응력(psi)이고, M은 굽힘 모멘트(in-lb)이며 P xl(하중 x 길이)과 동일하며, c는 중립 축에서 표면까지의 거리(in. ), I는 관성 모멘트(in4)입니다.

계산할 것은 헤더 끝 근처의 균열된 튜브에서 편향으로 인한 응력 S입니다. P에 대해 두 방정식을 다음과 같이 풀 수 있습니다.

두 방정식을 서로 동일하게 설정하고 S를 풀면 다음이 제공됩니다.

S에 대한 솔루션을 자세히 살펴보면 크리프 피로 또는 열 피로 손상을 유발하는 차동 팽창으로 인한 응력이 스터브 튜브가 길어질수록 감소하고(더 유연하고 덜 단단함) 편향이 증가할수록 증가함(헤더가 길어지고 헤더 사이의 온도 차이가 커짐)을 알 수 있습니다. 수벽 및 헤더) 및 스터브 튜브의 직경이 더 커집니다.