بررسی علل گسیختگی در محل اتصال سرلوله‌های فوق‌گرمکن دما بالا در دیگ بخار یک نیروگاه حرارتی با استفاده از روش تجربی و شبیه‌سازی عددی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان

چکیده

بعد از گذشت چند سال از بهره‌برداری سیکل ترکیبی در یکی از نیروگاه‌های حرارتی کشور مشاهده شد که لوله‌های فوق‌گرمکن بخش دما بالای دیگ‌بخار دچار آسیب و گسیختگی از محل اتصال به سرلوله‌های فوقانی شده است. بر اساس بررسی‌ها مشخص شد این پدیده برای چندین لوله در یک زمان و به‌صورت ناگهانی اتفاق افتاده که موجب خسارت سنگین به تجهیزات ابزار دقیق دیگ‌بخار و آسیب به سازه‌های داخلی در زمان حادثه شده است. بررسی آزمایشگاهی لوله‌های آسیب‌دیده با آزمون‌های مختلفی همچون آنالیز سوخت ورودی به محفظۀ ‌احتراق، سختی‌سنجی لوله‌های سالم و گسیخته‌شده، ساختارشناسی از محل گسیختگی و آنالیز ترکیب رسوب داخل لولۀ فوق‌گرمکن صورت گرفت. نتایج نشان داد که افزایش دمای فلز در محل اتصال و تنش‌های ثابت اعمال‌شده به‌مدت طولانی عامل تخریب آن هستند. برخورد مستقیم گاز ورودی به دیگ ‌بخار به لوله‌های فوق‌گرمکن دما بالا و همچنین تنش‌های ناشی از انبساط طولی لوله‌های مذکور باعث آسیب‌دیدگی و متعاقباً خروج اضطراری واحد از چرخۀ تولید توان شده است. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده، مواردی از قبیل استفاده از سیستم دوده‌روب، بهبود کیفیت سوخت مورد استفاده، اصلاح سیستم احتراقی برای استفاده از سوخت‌های خارج طراحی و تنظیم‌پذیر کردن مشعل‌ها برای جلوگیری از نقص‌های ایجادشده پیشنهاد شده است.

کلیدواژه‌ها


[1] Saxena, A., J. Han, and K. Banerji. "Creep crack growth in boiler and steam pipe steels: Topical report" No. EPRI-CS-5585. General Atomics Co., San Diego, CA (USA); Georgia Inst. of Tech., Atlanta (USA). Fracture and Fatigue Research Lab., 1988. [2] Fattorini, F., U. Franzoni, and S. Sturlese. "Effect of impurity content on creep crack growth resistance in 1Cr1Mo0. 25V ferritic steels." Metallurgical Transactions A, Vol. 21, No. 7, pp. 1941-1949, 1990. [3] Liaw, P. K., A. Saxena, and J. Schaefer. "Creep crack growth behavior of steam pipe steels: Effects of inclusion content and primary creep." Engineering fracture mechanics, Vol. 57, no. 1, pp. 105-130, 1997. [4] Xu, Mengjia, Junmei Chen, Hao Lu, Jijin Xu, Chun Yu, and Xiao Wei. "Effects of residual stress and grain boundary character on creep cracking in 2.25 Cr-1.6 W steel." Materials Science and Engineering: A, Vol. 659, pp. 188-197, 2016. [5] Cho, Nak-Kyun, Run-Zi Wang, Zhiyuan Ma, Haofeng Chen, and Fu-Zhen Xuan. "Creep-fatigue endurance of a superheater tube plate under non-isothermal loading and multi-dwell condition." International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 161, pp. 105048, 2019. [6] Kim, Myung-Yeon, Dong-Ju Chu, Young-Su Lee, Woo-Sang Jung, Joonho Lee, Young-Kook Lee, and Jae-Hyeok Shim. "Mechanical property change and precipitate evolution during long-term aging of 1.25 Cr-0.5 Mo steel." Materials Science and Engineering: A, pp: 139663, 2020. [7] Kahrum, M., Sajjadi, S.A., Bahadori, G., Investigating the causes of failure of Superheater 2 header pipes of Toos power plant, 21st International Electricity Conference, 2006. [8] Shiri, M., Soltanlo, M., "Investigating the causes of destruction of the superheater pipe of the ammonia unit of the power plant", Oil, Gas & Energy Monthly Magazine, Vol. 22, pp. 40, 2014. [9] Mosavi Torshizi, S.E., Vazirpanah, M., Biston Power Superheater Pipe Fault Analysis, 18st International Electricity Conference, 2004. [10] Eghabi, F., Ahmadi, A., Check the condition of the boiler superheater pipes of a 320 MW power plant, 21st International Electricity Conference, 2009. [11] Mehdizadeh, M., Mirabolghasemi, S.H., Estimation of the remaining life of boiler super heater pipes, 10th Annual Congress of Iranian Association of Metallurgical Engineers, 2006. [12] Firoozeh, A., Ranjbar, Kh., Mohemmi, E., Evaluation of the causes of destruction of ASTM A213 Gr.T12 steel boiler pipes, Second National and International Conference on Oil, Gas, Refining and Petrochemicals, 2015. [13] Causes of failure of secondary boiler superheater pipes of Hakim Farabi Agro-industry Company, 21st Annual Conference on Mechanical Engineering, 2014. [14] Bajgholi, A., Khalili, S., Investigating the causes of rupture of boiler support pipes of a power plant unit, Second National and International Conference on Oil, Gas, Refining and Petrochemicals, 2014. [15] Xiong, X., Lv, Z., Tan, H. and Wei, B., 2020. A typical super-heater tube leakage and high temperature corrosion mechanism investigation in a 260 t/h circulated fluidized boiler. Engineering Failure Analysis, 109, p.104255. [16] Power Plant Documents by ABB, Vol. 3, pp. 108-160, 2006. [17] Technical Report of Power Research Center, 1390- Technical documents of the power plant. [18] Viswanathan, R., Damage mechanisms and life assessment of high temperature components. ASM international, 1989.