Расчет утонения стенки за счет коррозии

Процесс выработки назначенного ресурса поверхностей нагрева котла протекает на фоне развития высокотемпературной коррозии металла труб, что влечет за собой утонения стенки трубы. Этот процесс имеет место как со стороны уходящих газов, так и со стороны пара. Зависимость глубины коррозии металла выражается формулой (1) как функция температуры и времени. Другие параметры, влияющие на интенсивность высокотемпературной коррозии (тип металла, температура продуктов сгорания, состав золовых отложений на поверхности нагрева, состав обтекающего трубы поверхностей нагрева потока газа), считаются постоянными величинами.

Для определения текущего значения толщины стенки предложены выражения, позволяющие рассчитать глубину коррозии со стороны водяного пара и топочных газов вида:

ln ΔS = α – βT-1 + (γ + εT)ln τ (1)

где ΔS – глубина коррозии за время τ (мм),
τ — время (часы),
Т- абсолютная температура металла на поверхности трубы (К),
α, β, γ, ε — коэффициенты, зависящие от материала труб, вида сжигаемого топлива. Значения коэффициентов приведены в таблицах, например для природного газа.
Формулы расчета глубины коррозии сталей в продуктах сгорания природного газа

Марка стали Формула расчета Условия испытаний
Температура, °С Время, ч
12Х1МФ ln ΔS = 15.07 – 18000T-1 + (0.4 + 0.143⋅10-4T)ln τ 580-650 68000
12Х2МФСР ln ΔS = 11.48 – 15700T-1 + (0.5 + 0.283⋅10-4T)ln τ 580-650 43000
12Х2МФБ ln ΔS = 8.88 – 13700T-1 + (0.5 + 0.209⋅10-4T)ln τ 580-650 21000
12Х12В2МФ ln ΔS = 9.92 – 15400T-1 + (0.5 + 0.109⋅10-4T)ln τ 28000
12Х18Н12Т ln ΔS = 7.3 – 13500T-1 + (0.5 + 0.0167⋅10-4T)ln τ 33000

Примечание: ΔS – мм; Т – К; τ — ч.

Выражение (1) описывает развитие высокотемпературной коррозии со временем только при постоянной температуре металла. Если температура является функцией времени, то глубину коррозии определяют согласно схеме, представленной на рис.1. Вводится понятие эквивалентного времени τэ.

Схема ступенчатого изменения температуры металла
Рис.1. Схема ступенчатого изменения температуры металла

Эквивалентным временем при данной температуре называется время, при котором суммарное утонение стенки равно той же величине, что и на предыдущих температурных режимах.

Схема определения эквивалентного времени
Рис.2. Схема определения эквивалентного времени

Величина эквивалентного времени на i-ом температурном уровне по определению вычисляется как:

ln τэi = [lnΔSi-1 — α + βTi-1] / [γ + εTi], (i=2,N) (2)

Конечное время i-го температурного интервала:

τi+1 = τэi + Δτi, (i=2,N) (3)

Суммарное утонение стенки за время τi+1

ln ΔSi = α – βTi-1 + (γ + εT)ln τi+1 (4)

В зависимости от величины коэффициентов α, β, γ, ε по выражению (4) определяется глубина коррозии, протекающей на внутренней ΔSвнi и наружной ΔSнi поверхности трубы.

При расчете глубины коррозии в условиях ступенчатого изменения температуры необходимо строго соблюдать последовательность ее изменения во времени.

Текущая толщина стенки трубы поверхности нагрева в условиях развития двусторонней высокотемпературной коррозии определяется следующим образом:

Si = S0 — ∑ΔSвнi — ∑ΔSнi (5)

где S0 – расчетная толщина стенки трубы, мм;
N – количество циклов;
∑ΔSвнi — суммарная глубина коррозии с внутренней стороны трубы, мм;
∑ΔSнi — суммарная глубина коррозии с наружной стороны трубы, мм.


Комментарии запрещены.





Статистика

Рейтинг@Mail.ru