Chương 10: Kim loại chế tạo lò hơi và tính sức bền

Chia sẻ: Lang Tu Vui | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

181
lượt xem 56
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ch−¬ng 10. Kim lo¹i chÕ t¹o lß h¬i vµ tÝnh søc bÒn c¸c chi tiÕt cña lß h¬i 10.1 §Æc ®iÓm lµm viÖc cña kim lo¹i trong lß h¬i §iÒu kiÖn lµm viÖc cña kim lo¹i c¸c phÇn tö vµ chi tiÕt kh¸c nhau cña lß h¬i rÊt kh¸c nhau. Khung lß lµm viÖc ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é kh«ng khÝ xung quanh. Kim lo¹i èng bé sÊy kh«ng khÝ chÞu øng suÊt kh«ng ®¸ng kÓ. C¸c chi tiÕt kh«ng ®−îc lµm l¹nh nh− gi¸ treo, gi¸ ®ì, mãc gi÷ lµm viÖc trong nh÷ng ®iÒu kiÖn rÊt nÆng, nhiÖt ®é kim...

Chủ đề:

Chương 10: Kim loại chế tạo lò hơi và tính sức bền

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 10: Kim loại chế tạo lò hơi và tính sức bền

Ch−¬ng 10. Kim lo¹i chÕ t¹o lß h¬i vµ tÝnh søc bÒn c¸c chi tiÕt cña lß h¬i 10.1 §Æc ®iÓm lµm viÖc cña kim lo¹i trong lß h¬i §iÒu kiÖn lµm viÖc cña kim lo¹i c¸c phÇn tö vµ chi tiÕt kh¸c nhau cña lß h¬i rÊt kh¸c nhau. Khung lß lµm viÖc ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é kh«ng khÝ xung quanh. Kim lo¹i èng bé sÊy kh«ng khÝ chÞu øng suÊt kh«ng ®¸ng kÓ. C¸c chi tiÕt kh«ng ®−îc lµm l¹nh nh− gi¸ treo, gi¸ ®ì, mãc gi÷ lµm viÖc trong nh÷ng ®iÒu kiÖn rÊt nÆng, nhiÖt ®é kim lo¹i c¸c chi tiÕt nµy cã thÓ ®Õn 800 oC. C¸c èng gãp ra vµ ®Æc biÖt c¸c èng bé qu¸ nhiÖt cña lß h¬i cao ¸p vµ siªu cao ¸p lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn nÆng nÒ nhÊt, v× m«i tr−êng l−u ®éng bªn trong èng cã nhiÖt ®é cao. NhiÖt ®é v¸ch vµ ¸p suÊt bªn trong lµ c¸c th«ng sè ®−îc dïng ®Ó x¸c ®Þnh viÖc chän m¸c thÐp. NhiÖt ®é kim lo¹i t¨ng lªn th× kh¶ n¨ng lµm viÖc cña kim lo¹i sÏ gi¶m kh«ng nh÷ng do gi¶m ®é bÒn mµ cßn do c¸c qu¸ tr×nh ¨n mßn sÏ x¶y ra m¹nh h¬n. Do cã ¨n mßn mµ viÖc sö dông thÐp bÞ h¹n chÕ, vÝ dô thÐp cacbon cã thÓ dïng lµm bÒ mÆt ®èt nÕu nhiÖt ®é bÒ mÆt kim lo¹i kh«ng lín h¬n 500 oC v× ë nhiÖt ®é cao h¬n thÐp sÏ gØ rÊt m¹nh. Tiªu chuÈn ®Ó ®¸nh gi¸ hiÖn t−îng r·o lµ ®é bÒn l©u dµi σ D , ®ã lµ kh¶ n¨ng t cña kim lo¹i tiÕp nhËn phô t¶i trong mét thêi gian nhÊt ®Þnh mµ kh«ng bÞ ph¸ hñy. 10.2 C¸c lo¹i thÐp dïng trong chÕ t¹o lß h¬i 10.2.1 Nh÷ng yªu cÇu chung ®èi víi thÐp ®Ó chÕ t¹o lß h¬i ThÐp dïng ®Ó chÕ t¹o lß h¬i cÇn ph¶i ®¸p øng ®−îc nh÷ng yªu cÇu chung sau ®©y: - Cã ®é bÒn vµ ®é dÎo cao; - Cã ®é æn ®Þnh cÊu tróc cao. Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña lß h¬i th× cÊu tróc thÐp kh«ng ®−îc phÐp cã thay ®æi g× ®¸ng kÓ; - Cã ®é bÒn nhiÖt cao, tøc lµ kh¶ n¨ng gi÷ nguyªn ®−îc nh÷ng ®Æc tÝnh bÒn cÇn thiÕt khi lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn øng suÊt vµ nhiÖt ®é cao; - Cã ®é æn ®Þnh hãa häc cao. TÝnh æn ®Þnh hãa häc lµ cÇn thiÕt ®Ó ng¨n ngõa ¨n mßn bÒ mÆt ®èt cña lß; - Cã hµm l−îng c¸c t¹p chÊt cã h¹i ë møc ®é tèi thiÓu (P, S, As, c¸c khÝ hßa tan), v× chóng cã ¶nh h−ëng xÊu ®Õn tÝnh chÊt cña thÐp khi lµm viÖc l©u dµi; - Cã tÝnh hµn tèt, kh«ng yªu cÇu dïng c¸c ph−¬ng ph¸p hµn vµ nhiÖt luyÖn phøc t¹p vµ ®¾t tiÒn. Trong thùc tÕ, thÐp cacbon, thÐp hîp kim thÊp vµ thÐp hîp kim cao ®−îc sö dông réng r·i ®Ó chÕ t¹o c¸c bé phËn cña lß h¬i. 10.2.2 ThÐp cacbon §a sè c¸c chi tiÕt cña lß h¬i ®−îc chÕ t¹o b»ng thÐp cacbon. Khi t¨ng hµm l−îng cacbon (C) trong thÐp th× ®é bÒn cña nã t¨ng vµ tÝnh dÎo gi¶m xuèng. Trªn Ver. 1.0 121
quan ®iÓm ®é bÒn th× dïng thÐp cã hµm l−îng C cao, tuy nhiªn khi ®ã chÊt l−îng mèi hµn nèi sÏ gi¶m v× cã sù t«i thÐp trong kh«ng khÝ khi hµn. V× thÕ hµm l−îng C trong thÐp cacbon dïng ®Ó chÕ t¹o lß h¬i ®−îc h¹n chÕ rÊt nghiªm ngÆt, cô thÓ lµ C ≤ 0, 25% . Ngoµi ra, trong thÐp cßn cã c¸c thµnh phÇn kh¸c lµ Mn, Si, S, P vµ O2. Mangan (Mn) ®−îc ®−a vµo thÐp ®Ó khö «xy cña thÐp trong qu¸ tr×nh nÊu ch¶y vµ nã n»m trong thÐp d−íi tr¹ng th¸i hßa tan (víi sè l−îng 0,3 ÷ 0,8% ). Silic (Si) còng gièng nh− Mn, ®−îc ®−a vµo thÐp ®Ó lµm chÊt khö «xy. Mét l−îng nhá Si < 0,5% cßn l¹i sau khi khö «xy ®−îc hßa tan trong ferit. Si lµm t¨ng ®é bÒn cña thÐp nh−ng còng lµm t¨ng c¶ khuynh h−íng kÕt tinh l¹i sau khi cã biÕn d¹ng dÎo nhá. Photpho (P) lµ nguyªn tè kh«ng muèn cã trong thÐp v× nã lµm gi¶m ®é dai va ®Ëp ak vµ cã kh¶ n¨ng sinh ra gißn nguéi. Hµm l−îng P trong thÐp lß h¬i kh«ng ®−îc lín h¬n 0, 045% . L−u huúnh (S) lµ t¹p chÊt cã h¹i v× nã t¹o ®iÒu kiÖn sinh ra gißn nãng, nghÜa lµ ph¸ hñy gißn thÐp ë nhiÖt ®é 800 ÷ 1200 oC. Trong c¸c thÐp lß h¬i hµm l−îng S ®−îc h¹n chÕ ë trÞ sè 0, 03 ÷ 0, 045% . ¤xy (O2) còng nh− nit¬ (N2) vµ hydr« (H2) n»m l¹i trong thÐp do khö khÝ kh«ng hoµn toµn. O2 trong thÐp víi mét l−îng nhá còng lµm gi¶m tÝnh chèng ¨n mßn cña thÐp. Hµm l−îng O2 vµ N2 trong thÐp cã chÊt l−îng ≤ 0, 01% vµ hµm l−îng H2 ≤ 0, 001% . §Ó chÕ t¹o bao h¬i cña lß h¬i cã ¸p suÊt thÊp, ¸p suÊt trung b×nh vµ ¸p suÊt n©ng cao, p < 6, 0 MPa, ta dïng thÐp cacbon cã chÊt l−îng nh·n hiÖu 15K, 20K, 25K (cña Nga) hoÆc t−¬ng ®−¬ng. §èi víi lß h¬i cã ¸p suÊt p < 0, 08 MPa cã thÓ dïng thÐp cacbon chÊt l−îng th−êng CT3 , nÕu nhiÖt ®é kim lo¹i kh«ng lín h¬n 120 oC. §Ó chÕ t¹o bao h¬i cña lß cao ¸p, p = 6 ÷ 12,5 MPa th× ph¶i dïng thÐp cacbon nh·n hiÖu ®Æc biÖt 22K hoÆc t−¬ng ®−¬ng. C¸c èng dÉn n−íc, dÉn h¬i vµ èng bÒ mÆt ®èt th−êng ®−îc chÕ t¹o tõ thÐp 10 vµ 20 vµ t−¬ng ®−¬ng. Khi Êy nhiÖt ®é kim lo¹i èng bÒ mÆt ®èt kh«ng ®−îc lín h¬n 500 oC, kim lo¹i èng gãp vµ èng dÉn h¬i kh«ng lín h¬n 450 oC. 10.2.3 ThÐp hîp kim thÊp vµ hîp kim cao 10.2.3.1. ThÐp hîp kim thÊp 10.2.3.2. ThÐp hîp kim cao 10.2.3.3. C¸c lo¹i thÐp ®Æc biÖt C¸c gi¸ treo, gi¸ ®ì, c¸c chi tiÕt gi÷, thiÕt bÞ thæi tro bôi lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn nÆng nÒ kh«ng ®−îc lµm m¸t nªn thÐp dïng ®Ó chÕ t¹o c¸c chi tiÕt Êy ph¶i cã tÝnh Ver. 1.0 122
chÞu nãng cao. C¸c m¸c thÐp dïng ®Ó chÕ t¹o c¸c chi tiÕt gi÷ gåm cã 30CrMo, 35CrMo, 38Cr, vµ 40Cr. Nh÷ng chi tiÕt nh− gi¸ ®ì, gi¸ treo, kÑp, thiÕt bÞ thæi th−êng ®−îc chÕ t¹o b»ng c¸c m¸c thÐp nh− ®−îc cho trong b¶ng 10.2. 10.3 TÝnh søc bÒn cña nh÷ng chi tiÕt chÝnh cña lß h¬i 10.3.1 Ph−¬ng ph¸p tÝnh Yªu cÇu nhÊt thiÕt ®èi víi lß h¬i lµ ®¹t ®é an toµn tèi ®a khi tiªu hao kim lo¹i lµ tèi thiÓu. ë ®©y tån t¹i hai ph−¬ng ph¸p tÝnh søc bÒn c¸c chi tiÕt cña lß h¬i lµ ph−¬ng ph¸p øng suÊt giíi h¹n vµ ph−¬ng ph¸p phô t¶i giíi h¹n. C¸c nhµ khoa häc ®· ®i ®Õn kÕt luËn lµ tÝnh søc bÒn theo phô t¶i giíi h¹n sÏ kinh tÕ h¬n, v× ®èi víi mét chi tiÕt cã thÓ cho phÐp mang phô t¶i lín h¬n phô t¶i øng víi øng suÊt giíi h¹n. Trong c¸c tiªu chuÈn tÝnh to¸n ng−êi ta dïng ph−¬ng ph¸p phô t¶i giíi h¹n ®Ó tÝnh søc bÒn c¸c chi tiÕt lß h¬i. 10.3.1.1. Chän øng suÊt cho phÐp Tr−íc khi tÝnh søc bÒn ph¶i x¸c ®Þnh øng suÊt cho phÐp ®èi víi vËt liÖu ®· cho vµ nhiÖt ®é tÝnh cña tõng chi tiÕt. øng suÊt cho phÐp ®−îc x¸c ®Þnh dùa vµo nhiÖt ®é tÝnh to¸n cña v¸ch (nhiÖt ®é kim lo¹i) vµ m¸c thÐp. TÝnh søc bÒn c¸c chi tiÕt lß h¬i theo øng suÊt cho phÐp sau: σ cp = ησ cp , * (11-6) trong ®ã: η lµ hÖ sè kÓ ®Õn ®Æc ®iÓm cÊu t¹o vµ vËn hµnh cña chi tiÕt; σ cp lµ øng suÊt * cho phÐp ®Þnh møc, lÊy theo b¶ng. NÕu nh− thÐp sö dông mµ kh«ng cã nh÷ng sè liÖu vÒ σ cp th× nã ®−îc lÊy b»ng gi¸ trÞ nhá nhÊt trong ba gi¸ trÞ sau ®©y: * σb σ ch σD t t t σ cp ≤ ; σ cp ≤ ; σ cp ≤ * * * , (11-7) 2, 6 1,5 1,5 ë ®©y: σ b , σ ch , σ D lµ nh÷ng gi¸ trÞ ®−îc b¶o ®¶m ë nhiÖt ®é lµm viÖc t cña v¸ch. t t t 10.3.1.2. NhiÖt ®é tÝnh to¸n cña v¸ch NhiÖt ®é tÝnh to¸n cña v¸ch ®Ó x¸c ®Þnh σ cp ®−îc lÊy phô thuéc vµo lo¹i vµ * nhiÖt ®é m«i chÊt chøa trong phÇn tö tÝnh to¸n vµ vµo nh÷ng ®iÒu kiÖn ®èt nãng phÇn tö bëi khãi vµ lµm l¹nh bëi m«i chÊt. Trong mäi tr−êng hîp nhiÖt ®é tÝnh to¸n cña v¸ch kh«ng ®−îc lÊy thÊp h¬n 250 oC. a- NhiÖt ®é tÝnh to¸n cña v¸ch bao h¬i vµ c¸c panen chøa chÊt láng hay h¬i b·o hßa lÊy nh− sau: - §èi víi bao h¬i ®Æt ngoµi ®−êng khãi hay c¸ch nhiÖt tèt th× tv = tbhßa (11-8) Ver. 1.0 123
- §èi víi bao h¬i kh«ng c¸ch nhiÖt ®−îc ®Æt trong ®−êng khãi ®èi l−u, khi nhiÖt ®é khãi tkhãi ≤ 600 oC: tv = tbhßa + 1, 2S + 10, o C (11-9) ∆t = (tmax − ttb ) vµ kh«ng ®−îc lÊy nhá h¬n 10 oC; µ lµ hÖ sè khuÕch t¸n nhiÖt kh«ng ®Òu theo chu vi èng; qmax lµ c−êng ®é dßng nhiÖt lín nhÊt hay suÊt phô t¶i nhiÖt lín nhÊt cña bÒ mÆt hÊp thu nhiÖt, kW/mK; β lµ tû sè gi÷a ®−êng kÝnh ngoµi vµ ®−êng kÝnh trong cña èng β = Dn / Dt = Dn /( Dn − 2S ) ; S lµ chiÒu dµy v¸ch (thµnh) èng, mm; λ lµ hÖ sè dÉn nhiÖt cña kim lo¹i èng, kW/mK. - §èi víi c¸c èng cña bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u ë c¸c lß h¬i cã plv ≤ 2,5 MPa vµ nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt kh«ng cao h¬n 425 oC th×: tv = tqn + 70 o C (11-16) e- NhiÖt ®é tÝnh to¸n cña v¸ch c¸c èng bé h©m n−íc ®−îc tÝnh theo c¸c c«ng thøc sau: - §èi víi bé h©m n−íc cña lß cã tuÇn hoµn tù nhiªn vµ tuÇn hoµn c−ìng bøc nhiÒu lÇn kiÓu kh«ng s«i: tv = tbhßa + 30 o C (11-17) - §èi víi bé h©m n−íc kiÓu s«i tÝnh theo c«ng thøc cña c¸c èng s«i. - §èi víi bé h©m n−íc cña lß h¬i trùc l−u: tv = ttb + ∆t + 40 o C (11-18) f- NhiÖt ®é tÝnh to¸n cña v¸ch èng gãp dµn èng sinh h¬i, èng gãp bé h©m n−íc vµ bé qu¸ nhiÖt lÊy nh− sau: - §èi víi nh÷ng èng gãp kh«ng bÞ ®èt nãng (®Æt ngoµi ®−êng khãi hay c¸ch nhiÖt ch¾c ch¾n) cña bé h©m n−íc, cña dµn èng sinh h¬i vµ èng gãp h¬i b·o hßa cña lß h¬i cã tuÇn hoµn tù nhiªn vµ tuÇn hoµn c−ìng bøc nhiÒu lÇn, èng gãp vµo cña bé h©m n−íc ë lß trùc l−u, ta lÊy: tv = ttb (11-19) - §èi víi c¸c èng gãp cña bé qu¸ nhiÖt (trõ èng gãp h¬i b·o hßa) lÊy: tv = ttb + x∆t , (víi x = 0,5 ) (11-20) 10.3.2. TÝnh søc bÒn mét sè chi tiÕt (phÇn tö) cña lß h¬i 10.3.2.1. ChiÒu dµy v¸ch cña chi tiÕt h×nh trô chÞu ¸p suÊt bªn trong (bao h¬i, èng gãp): ChiÒu dµy v¸ch cña chi tiÕt h×nh trô chÞu ¸p suÊt bªn trong (bao h¬i, èng gãp) ®−îc x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc sau: - Khi tÝnh theo ®−êng kÝnh trong ta cã: p Dt S= +C, m (11-21) 2 ϕ σ cp − p - Khi tÝnh theo ®−êng kÝnh ngoµi ta cã: Ver. 1.0 124
p Dng S= +C, m (11-22) 2 ϕ σ cp − p trong ®ã: p lµ ¸p suÊt tÝnh to¸n, MPa; Dt vµ Dng lµ ®−êng kÝnh trong vµ ®−êng kÝnh ngoµi, m; ϕ lµ hÖ sè bÒn cña chi tiÕt bÞ yÕu ®i do c¸c mèi hµn hay cã c¸c lç ®Ó nèi èng; σ cp lµ øng suÊt cho phÐp cña vËt liÖu, MPa; C lµ bæ sung cho chiÒu dµy tÝnh to¸n cña v¸ch, khi chiÒu dµy tÊm thÐp nhá h¬n 20 mm lÊy C = 1 mm, khi chiÒu dµy tÊm thÐp lín h¬n 20 mm lÊy C = 0. 11.3.2.2. ChiÒu dµy v¸ch ®¸y bao h¬i cã d¹ng elip hay d¹ng cÇu: ChiÒu dµy v¸ch ®¸y bao h¬i cã d¹ng elip hay d¹ng cÇu ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: p Dt Dt S= +C, m (11-23) 4 zσ cp − p 2ht nÕu tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: S −C ht d ≥ 0, 2; ≤ 0,1; ≤ 0, 6. Dt Dt Dt Trong c«ng thøc trªn ký hiÖu: p lµ ¸p suÊt tÝnh to¸n, MPa; Dt lµ ®−êng kÝnh trong, m; ht lµ chiÒu cao phÇn låi cña ®¸y tÝnh ®Õn bÒ mÆt bªn trong, m; σ cp lµ øng suÊt cho phÐp cña vËt liÖu, MPa; C lµ bæ sung cho chiÒu dµy tÝnh to¸n, C = 0,05 (S - C) nh−ng kh«ng nhá h¬n 1 mm; z lµ hÖ sè tÝnh ®Õn sù lµm yÕu ®¸y do cã c¸c lç, lÊy tuú thuéc th«ng sè d a= : Dt ( S − C ) 2 khi a ≤ 0, 4 lÊy z = 1,0; khi 0, 4 ≤ a < 2 lÊy z = ; khi a > 2 lÊy z = (1, 25a + 1,5) 2(a + 2). Ver. 1.0 125
H×nh 10.4. §¸y låi d¹ng elip. a - kh«ng cã lç ë t©m; b - cã lç ë t©m. 10.3.2.3. ChiÒu dµy v¸ch ®¸y trßn ph¼ng vµ n¾p ph¼ng : ChiÒu dµy v¸ch ®¸y trßn ph¼ng vµ n¾p ph¼ng ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: K Dt p S1 = ,m (11-24) K 0 σ cp trong ®ã: K lµ hÖ sè kÓ ®Õn tû sè gi÷a chiÒu dµy v¸ch èng gãp vµ chiÒu dµy ®¸y, ⎛ S⎞ K = 0, 41⎜1 − 0, 23 ⎟ ph¶i kh«ng nhá h¬n 0,31; ⎝ S1 ⎠ K0 lµ hÖ sè ®−îc lÊy tuú thuéc vµo tû sè gi÷a ®−êng kÝnh lç ë ®¸y d vµ ®−êng d kÝnh trong cña èng gãp Dt, tøc lµ tû sè : Dt d d Khi < 0,35 cã K0 = 1- 0,43 , Dt Dt d Khi 0,35 ≤ ≤ 0, 75 lÊy K0 = 0,85; Dt p lµ ¸p suÊt tÝnh to¸n, MPa; σ cp lµ øng suÊt cho phÐp cña vËt liÖu, MPa. H×nh 10.5. C¸c kiÓu ®¸y vµ n¾p ph¼ng. 10.4.2.4. ChiÒu dµy v¸ch c¸c èng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt vµ èng dÉn: ChiÒu dµy v¸ch c¸c èng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt (sinh h¬i, qu¸ nhiÖt, h©m n−íc) vµ èng dÉn ®−îc x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc sau: Ver. 1.0 126
Khi tÝnh theo ®−êng kÝnh trong cña èng: p dt + C1 , m (11-25) S 2σ cp − p Khi tÝnh theo ®−êng kÝnh ngoµi cña èng: p d ng S= + C1 , m (11-26) 2σ cp + p trong ®ã: p lµ ¸p suÊt tÝnh to¸n, MPa; d ng , dt lµ ®−êng kÝnh ngoµi vµ ®−êng kÝnh trong cña èng, m; σ cp lµ øng suÊt cña vËt liÖu lµm èng, MPa; C1 lµ bæ sung cho chiÒu dµy tÝnh to¸n, th−êng lÊy C1 = 0,5 mm. Ver. 1.0 127