Lò hơi chương 10

Chia sẻ: Kha Ngoc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

498
lượt xem 355
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'lò hơi chương 10', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Lò hơi chương 10

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 t σ ch t σD 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: ht S −C 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 S + C1 , m (11-25) 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