بخشی از مقاله
*** محتوای فایل فقط تا فصل دوم میباشد . به همین علت ، قیمت کاهش پیدا کرد . لطفا قبل از خرید به این نکته دقت کنید ***
عناوين
چكيده
فصل اول : معرفي تجهيزات نيروگاه بخاري
1 ـ 1 ـ مقدمه
1 ـ 2 ـ ديگ بخار و تجهيزات جانبي آن
1 ـ 2 ـ 1 ـ مقدمه
1 ـ 2 ـ 2 ـ اكونومايزر
1 ـ 2 ـ 3 ـ درام
1 ـ 2 ـ 4 ـ لوله هاي ديوارهاي محفظه احتراق يا اوپراتور
1 ـ 2 ـ 5 ـ سوپر هيترها
1 ـ 2 ـ 6 ـ دي سوپر هيتر ها يا اتمپراتورها
1 ـ 2 ـ 7 ـ ري هيترها
1 ـ 2 ـ 8 ـ جنس لوله هاي بويار
1 ـ 2 ـ 8 ـ 1 ـ ساختار ميكروسكوپي فولادها
1 ـ 2 ـ 8 ـ 2 ـ اورهيت شدن لوله هاي بويلر
1 ـ 2 ـ 8 ـ 3 ـ تغييرات ساختار فولاد در تحت اورهيت
1 ـ 2 ـ 8 ـ 4 ـ اتفاقات اورهيت در نيروگاهها
1 ـ 2 ـ 8 ـ 5 ـ بحث و نتيجه گيري
1 ـ 3 ـ گرمكن هاي آب تغذيه
1 ـ 4 ـ كوره يا محفظه حتراق
1 ـ 4 ـ 1 ـ ساختمان مشعلها و روشن پودر كردن سوخت در آنها
1 ـ 5 ـ تجهيزات جانبي ديگ بخار
1 ـ 5 ـ 1 ـ گرمكن هاي هوا
1 ـ 5 ـ 2 ـ دريچه هاي كنترل هوا يا دمپرها
1 ـ 5 ـ 3 ـ دودكش
1 ـ 6 ـ فنهاي نيروگاه
1 ـ 7 ـ والوها
1 ـ 8 ـ سيستمهاي مرتبط با ديگ بخار
1 ـ 8 ـ 1 ـ مقدمه
1 ـ 8 ـ 2 ـ سيستم كنترل آب تغذيه
1 ـ 8 ـ 3 ـ سيستم كنترل درجه حرارت بخار
1 ـ 8 ـ 4 ـ كنترل فشار بخار
1 ـ 8 ـ 5 ـ كنترل سيستم احتراق
1 ـ 8 ـ 5 ـ 1 ـ كنترل هواي مشعل
1 ـ 8 ـ 5 ـ 2 ـ كنترل سوخت مشعل
1 ـ 8 ـ 5 ـ 3 ـ كنترل فشار محفظه احتراق
1 ـ 9 ـ 1 ـ مقدمه
1 ـ 9 ـ 2 ـ اصول كار و وظايف كندانسور
1 ـ 9 ـ 3 ـ اثرات وجود هوا در كندانسور
1 ـ 9 ـ 4 ـ انواع كندانسور از نظر خنك سازي بخار
1 ـ 9 ـ 5 ـ وسايل حفاظتي كندانسور
1 ـ 9 ـ 6 ـ تميز كردن كندانسور
1 ـ 10 ـ سيستمهاي آب گردشي خنك كننده كندانسور
1 ـ 10 ـ 1 ـ مقدمه
1 ـ 10 ـ 2 ـ انواع سيستمهاي خنك كن
1 ـ 10 ـ 3 ـ سيستم يكبارگذر
1 ـ 10 ـ 4 ـ سيستم چرخشي
1 ـ 10 ـ 5 ـ سيستم تركيبي
1 ـ 11 ـ توربين بخار و انواع طبقه بندي آن
1 ـ 11 ـ 1 ـ مقدمه
1 ـ 11 ـ 2 ـ طبقه بندي توربين بخار
فصل دوم : بررسي اثرات شرايط محيطي بر روي عملكرد نيروگاههاي بخار
2 ـ 1 ـ اثر كميت هاي ترموديناميكي ( فشار و دما ) بروي بازده سيكل نيروگاه
2 ـ 2 ـ 1 ـ وظيفه اصلي چگالنده
2 ـ 2 ـ 2 ـ سيستم آب گردشي نيروگاه
2 ـ 2 ـ 3 ـ عوامل موثر بر برج خنك كن نيروگاه
2 ـ 2 ـ 4 ـ اثرات شرايط محيطي بر كندانسور
2 ـ 3 ـ اثرات شرايط محيطي بر روي عملكرد لوبلير نيروگاه
2 ـ 3 ـ 2 ـ اثرات فشار و دماي محيط بر روي عملكرد بويلر
2 ـ 4 ـ بررسي نمونه اي اثرات شرايط محيطي بر عملكرد نيروگاه بخاري ( تبريز )
2 ـ 4 ـ 1 ـ تاثير درجه حرارت محيط در مصرف داخلي
2 ـ 4 ـ 2 ـ تاثير درجه حرات محيط در مصرف آب نيروگاه
نتيجه گيري
2 ـ 4 ـ 3 ـ تاثير درجه حرارت كم محيط در بهينه سازي مصرف داخلي نيروگاه تبريز
2 ـ 4 ـ 4 ـ تاثير درجه حرات در افزايش تلفات و كاهش عمر الكتروموتورهاي سوخت
2 ـ 5 ـ بررسي علل خوردگي لوله هاي كندانسور واحد يك نيروگاه تبريز
2 ـ 5 ـ 1 ـ شرايط كاري و مشخصات فني لوله هاي كندانسور
2 ـ 5 ـ 2 ـ وضعيت ظاهري نمونه لوله
2 ـ 5 ـ 3 ـ نتايج آزمايشات
2 ـ 5 ـ 4 ـ فرم مقطع سوراخ
2 ـ 5 ـ 5 ـ بررسي زير ساختار لوله
2 ـ 5 ـ 6 ـ علل خوردگي و سوراخ شدن نمونه مورد آزمايش
2 ـ 5 ـ 7 ـ پيشنهادات
2 ـ 6 ـ بررسي نمونه اي اثرات شرايط محيطي بر عملكرد نيروگاه بندرعباس
2 ـ 6 ـ 1 ـ اثرات شرايط محيطي بر عملكرد بويلر و تاثير آن بر طراحي بويلر
2 ـ 6 ـ 2 ـ اثرات شرايط محيطي بر عملكرد توربين
2 ـ 6 ـ 3 ـ اثرات شرايط محيطي بر ژنراتور
2 ـ 6 ـ 4 ـ اثرات شرايط محيطي بر كندانسور
2 ـ 7 ـ بررسي نمونه اي اثرات شرايط محيطي بر روي عملكرد نيروگاه شهيد محمد منتظري اصفهان
2 ـ 7 ـ 1 ـ اثرات شرايط محيطي بر روي عملكرد بويلر
2 ـ 7 ـ 2 ـ اثرات شرايط محيطي بر عملكرد كندانسور
فصل سوم
نتيجه گيري
مراجع
چكيده
شرايط جغرافياي و آب و هوايي در ايران كه متاسفانه بيشتر كوير و گرم مي باشد كمك مي نمايد كه درصد مصرف داخلي واحدهاي بهره برداري شده در ايران از حد بالايي برخوردار باشد بر اين اساس جاي زيادي براي كاهش مصارف داخلي واحدهاي در حال كار براي پرسنل بهره برداري نيروگاههاي بخاري جزء توجه به تغييرات دماي هواي محيط و ديگر شرايط محيطي و نيز ميزان بار واحد باقي نمي ماند كه به عنوان مثال در نيروگاه كازرون با توجه به راه اندازي واحدها و ميزان مصارف كم واحد ها روش مورد عمل در نيروگاه كازرون توجه به دماي محيط و استفاده حداقل از فن هاي خنك كن روغن و آب مي باشد و در نيروگاه تبريز اقدامات نيروگاه جهت كاهش مصارف داخلي و كاهش تلفات حرارتي و الكتريكي بصورت برنامه ريزي جهت خارج نمودن فن هاي برج با توجه به دماي آب خنك كن و تغييرات دماي هواي محيط و كاهش نسبي مصارف الكتريكي مي باشد . اين پروژه از سه فصل تشكيل شده است كه در فصل اول به معرفي تجهيزات نيروگاه بخار مي پردازيم و در فصل دوم به بررسي اثرات شرايط محيطي بر عملكرد نيروگاه بخار و در فصل سوم نيز نتيجه گيري از پروژه و ارائه پيشنهادات و راه حلهايي جهت كاهش مصارف داخلي نيروگاه با توجه به فاكتور شرايط محيطي مي پردازد .
فصل اول
معرفي تجهيزات نيروگاه بخاري
1 ـ 1 ـ مقدمه
نيروگاههاي بخاري يكي از مهمترين نيروگاههاي حرارتي مي باشد كه در اكثر كشورها ، از جمله ايران سهم بسيار زيادي را در توليد انرژي الكتريكي بر عهده دارد به طوري كه سهم توليد اين نيروگاهها بيش از 70% كل توليد انرژي كشورمان ( در سال 1375 ) مي باشد . از مهمترين اين نيروگاهها در كشورمان مي توان به نيروگاههاي شهيد محمد منتظري اصفهان ، رامين اهواز ، اسلام آباد اطفهان ، طوس مشهد ، بعثت تهران ، شهيد منتظر قائم كرج ، تبريز ، بيستون ، كرمانشاه ، مفتح همدان و بندرعباس اشاره نمود ، مشخصات اين نيروگاهها به همراه ديگر نيروگاهها بخاري كشورمان را مي توان در جدول ( 1 ـ 1 ) مشاهده نمود .
در اين نيروگاهها از منابع انرژي فسيلي از قبيل نفت ، گاز طبيعي ، مازوت و غيره استفاده مي شود ، به اين ترتيب كه از اين سوختها جهت تبديل به انرژي حرارتي استفاده شده و سپس اين انرژي به انرژي مكانيكي ، و در مرحله بعد به انرژي الكتريكي تبديل مي گردد به عبارت ديگر در اين نيروگاهها سه نوع تبديل انرژي صورت مي گيرد اولين نوع تبديل انرژي شيميايي ( انرژي نهفته در سوخت ) به انرژي حرارتي است كه اين تحول در وسيله اي بنام ديگر بخار صورت مي گيرد اين تبديل انرژي باعث مي شود كه آب ورودي به ديگر بخار تبديل به بخار با دماي زياد شود دومين نوع ، تبديل انرژي حرارتي به انرژي مكانيكي است كه اين تحول در توربين نيروگاه صورت مي گيرد و انرژي مكانيكي است كه اين تحول در توربين نيروگاه صورت مي گيرد و انرژي حرارتي نهفته در بخار وردي به توربين تبديل به انري مكانيكي چرخشي محور توربين مي شود .
سومين و آخرين نوع از تبديل انرژي در نيروگاههاي بخاري ، تبديل انرژي مكانكي موتور به انرژي الكتريكي مي باشد كه اين تحول در ژنراتور نيروگاهها صورت مي گيرد در نهايت انرژي الكتريكي توسط خطوط انتقال به مصرف كنندگان منتقل مي شود در اين فصل برآنيم تا تجهيزات اصلي يك نيروگاه از قبيل توربين ، ديگ بخار ، كندانسور و پمپ تغذيه ، به طور مجزا تجهيزات اصلي و جانبي اين نيروگاههاي مطرح مي شود .
جدول ( 1 ـ 1 )
نيروگاه مكان جغرافيايي زمان بهره برداري تعداد واحد ظرفيت واحد
(مگاوات) مجموع توليد (مگاوات)
شهيد سليمي نكا 60 – 1358 4 440 1760
بندر عباس بندرعباس 64 - 1359 4 320 1280
رامين اهواز 77 و 60 – 1358 5 315 1575
شهيد رجايي قزوين 1371 4 250 1000
مفتح غرب همدان 1373 4 250 1000
اسلام آباد اصفهان 60 – 1348 5 320 × 2
120 × 1
5/37 × 2 835
شهيد منتظري اصفهان 77 و 68 – 1363 6 200 1200
تبريز تبريز 68 – 1365 2 368 736
بيستون كرمانشاه 1373 2 320 640
شهيد منتظر قائم كرج 52 – 1350 4 25/156 625
طوس مشهد 1365 4 150 600
بعثت تهران 47 – 1346 3 5/82 5/247
شهيد بهشتي لوشان 1352 2 120 240
مشهد مشهد 53 – 1347 3 13 × 1
60 × 2 133
ايرانشهر ايرانشهر 76 – 1375 2 64 128
زرند كرمان 1352 2 30 60
شهيد فيروزي تهران 1338 4 5/12 50
1 ـ 2 ـ ديگ بخار و تجهيزات جانبي آن
1 ـ 2 ـ 1 ـ مقدمه
يكي از مهمترين تجهيزات در نيروگاههاي بخاري ، ديگ بخار مي باشد كه در آن ، آب تغذيه شده توسط پمپ تغذيه با جذب حرارت ، به بخار پس تافته تبديل مي گردد . ديگر بخار نيروگاهها از نظر چـگونگي گرم كردن آب ورودي به دو نوع تقسيم مي شوند :
الف ـ ديگ بخار درام دار
ب ـ ديگ بخار يك بار گذر
1 ـ 2 ـ 2 ـ اكونومايزر
پس از اينكه گازهاي كوره قسمتي از حرارت خود را به لوله هاي آب و سوپرهيتـرها مي دهد هنوز داراي مقدار قابل ملاحظهاي حرارت مي باشد كه اين حرارت همراه گازهايي اگر بدون استفاده از دودكش خارج شود از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نبوده و راندمان دستگاه پايين خواهد بود لذا با استفاده از يك اكونومايزر از اين حرارت باقيمانده استفاده مي نمايند . اكونومايزر شامل تعدادي لوله هاي سري است كه در آخرين مرحله مسير گازهاي حاصله از احتراق قرار گرفته و آب درون لوله ها گرم مي شود . ميزان افزايش درجه حرارت آب ورودي به اكونومايزر بستگي به طراحي ديگر بخار و حرارت موجود در گازهاي خروجي از ديگ بخار دارد بعنوان مثال در نيروگاه طوس دماي آب ورودي به اكونومايزر 242 درجه سانتي گراد و دماي خروجي 294 درجه سانتي گراد مي باشد و اين در حالي است كه در نيروگاه شهيد محمد منتظري دماي آب ورودي 244 درجه سانتي گراد و دماي آب خروجي 366 درجه سانتي گراد ( با سوخت گاز در مشعلها ) مي باشد . جايگاه اين لوله ها پس از لوله هاي ري هيتر و سوپر هيتر در انتهاي ديگ بخار است . بايد توجه داشت كه توزيع آب در اين لوله ها بايد يكنواخت باشد تا در قسمتهايي از لوله ها مايع گرم تبديل به بخار نشود كه در اين صورت لوله ها صدمه خواهند ديد .
1 ـ 2 ـ 3 ـ درام
استوانه اي است به طول چندين متر و قطر داخلي 5/1 متر و ضخامت جدار حدود 12 سانتي متر از جنس فلز مقاوم در مقابل فشار و درجه حرارت . معمولاً از طريق نورد يك قطعه فلزي مستطيل شكل آنرا بصورت استوانه درآورده و دو لبه را به هم جوش مي دهند . سپس قطعه هاي انتهايي را به صورت نيمكره به آن جوش مي دهند . جنس ، طول ، قطر داخلي و ضخامت جداوره درام بستگي به بزرگي ، قدرت درجه حرارت و فشار بخار هر واحد دارد . درام به عنوان مخزن در ديگ بخار عمل مي كند كه داراي وظايف زير است :
الف ـ جدا كردن قطرات از بخار آب
ب ـ عمل نمودن به عنوان مخزن ذخيره آب
ج ـ با استفاده از سطح آب درام مي توان مقدار آب تغذيه به سيكل را كنترل نمود .
فشار درام در ديگ هاي بخار نيروگاههاي شهيد رجايي ، طوس ، شهيد محمد منتظري و نكا به ترتيب برابر 8/169 ، 45/148 ، 158 ، 210 اتمسفر است .
1 ـ 2 ـ 4 ـ لوله هاي ديوارهاي محفظه احتراق يا اوپراتور
اطراف محفظه احتراق ديگ هاي بخار ، تعداد زيادي لوله هاي موازي نزديك به هم كه به لوله هاي اوپراتور موسوم هستند پوشيده شده است . وظيفه اين لوله ها از يك طرف آن است كه بخشي از حرارت حاصل از احتراق را از طريق تشعشي و جابجايي جذب نمايد و از طرف ديگر ، حرارت جذب شده به وسيله هدايت به آب داخل خود منتقل مي كند . بنابراين در كوره ، هر سه نوع انتقال حرارت با يكديگر انجام مي گيرد . حاصل اين تبادل حرارت جذب حرارت توسط داخل آب لوله ها و تبديل آن به بخار است . به عبارت ديگر كليه بخار توليدي ديگ بخار در اين لوله ها ايجاد مي شود . از طرف ديگر جذب حرارت توسط لوله هاي ديواره اي ، باعث خنك شدن فضاي اطراف كوره مي شود و لذا مشكلي از نظر عايق كاري ديواره هاي اطراف محفظه احتراق پيش نخواهد آمد . به عبارت ديگر لوله هاي ديواره اي با جذب حرارت و انتقال آن به آب داخل خود ، ديواره كوره را خنك مي نمايد . لازم به ذكر است كه جريان آب در داخل لوله هاي ديواره اي از پايين به بالاست . هر چه آب در طول كوره به طرف بالا حركت نمايد حرارت بيشتري جذب نموده و در نتيجه بخار بيشتري توليد مي گردد .
1 ـ 2 ـ 5 ـ سوپرهيترها
يك سري لوله از جنس فولاد مقاوم در برابر حرارت و فشار با اشكال مختلف معمولاً به شكل u يا s و يا اشكال ديگر كه در كنار هم بفاصله كمي از هم قرار دارد و ابتدا و انتهاي آنها به دو لوله بزرگتر بنام هدر جوش داده شده اند و به مجموعه آنها سوپرهيتر گفته مي شود اين مجموعه معمولاً در فضاي داخلي بويلر يعني داخل كوره و مسير گازهاي خروجي كوره قرار داده مي شود بطوريكه هدر ابتدايي و انتهايي در بيرون ديواره و يا هم رديف ديواره هاي بويلر و خود لوله هاي سوپرهيت در داخل قرار مي گيرند . هدر ابتدايي به بالاي درام مربوط است و هدر انتهايي به لوله خروجي بخار از ديگ .
براي استفاده از انرژي و حرارت بيشتر بخار در نيروگاهها ، بخار اشباع توليد شده در درام ديگ بخار را مجدداً توسط گازهاي حاصله از احتراق كوره گرم مي كنند . اين عمل داغ كردن بخار يا سوپر هيتر ناميده مي شود . سوپر هيترها را بر اساس تعداد زياد لوله ها و محل هدر ها و همچنين شرايط حرارت دريافتي ( از نوع تشعشي يا جابجايي ) طبقه بندي مي كنند . در بعضي موارد طبقه بندي سوپر هيتر ها بر اساس هر دو حالت فوق صورت مي گيرد . توجه به شكل قرارگرفتن لوله ها و هدرها ، سوپر هيتر ها ممكن است از نوع آويزان باشند . در اين نوع لوله ها از هدر ها آويزان بوده و توسط آنها نگهداري مي شوند و يا سوپر هيتر ها ممكن است از نوع افقي يانشد و يا ممكن است بشكل (L) باشد كه دو نوع اخير داراي تخليه طبيعي بوده و احتياج به تخليه اجباري ندارند ، و در هنگام روشن كردن دستگاه ديگ بخار بسهولت عمل مي نمايند ، از اين رو دو طرح مزبور مورد توجه در سوپر هيتر هاي اوليه ديگ بخار با سوخت پودر شده قرار گرفت . در شكلهاي ( 1 ـ 2 ـ الف ) و ( 1 ـ 2 ـ ب ) انواع مختلف سوپر هيترها نشان داده شده است .
معمولاً دماي خروجي از سوپر هيترها بيش از 500 درجه سانتي گراد است يه عنوان نمونه اين دما در نيروگاههاي شيهد رجايي ، تبريز ، طوس ، شهيد محمد منتظري ، نكا ، بندرعباس و ايرانشهر به ترتيب در حدود 546 ، 538 ، 540 ، 545 ، 530 ، 540 ، 540 درجه سانتي گراد مي باشد . البته براي اين نيروگاهها دماي سيال خروجي از سوپر ثانويه با فشارهاي زياد به ترتيب برابر 145 ، 5/178 ، 133 ، 140 ، 190 ، 169 ، 67/137 كيلوگرم بر سانتي متر مربع مي باشد .
1 ـ 2 ـ 6 ـ دي سوپر هيترها يا اتمپراتورها
در عمل سوپر هيترهايي مي سازند كه براي درجه حرارتهاي بالاتر از درجه حرارت مورد لزوم و براي تمام شرايط بار توربين ، مقاومت كافي داشته باشند . در مواقع پايين آمدن بار توربين و در نتيجه درجه حرارت بخار پايين آوردن آن ، از دي سوپر هيتر استفاده مي كنند و آنرا مي توان ما بين سوپر هيتر اوليه و ثانويه قرار داد .
آب ديگ بخار از درام ديگ بخار سرازير شده و دور بدنه دي سوپر هيتر جريان پيدا مي كند و بخاري را كه از لوله هاي تعبيه شده در بدنه دي سوپر هيتر عبور مي كند خنك مي سازد . براي كنترل درجه حرات نهايي بخار از سوپاپهايي استفاده مي نمايند كه بوسيله موتور كار مي كنند . اين سوپاپها توسط ترموستاتي كه در لوله خروجي سوپرهيتر ثانويه نصب شده كنترل مي شوند ، بدين ترتيب كه جريان بخار را با توجه به درجه حرارت مورد لزوم به دي سوپر هيتر يا مستقيماً به سوپر هيتر ثانويه هدايت مي نمايند ، اين سوپاپها طوري طراحي شده اند كه بطور دستي نيز مي توان از آنها استفاده كرد و از اين مورد در مواقع اضطراري استفاده مي شود . اين نوع دي سوپر هيتر بنام دي سوپر هيتر غير تماسي موسوم است چون سيال خنك كننده تماس واقعي با بخار ندارد .
1 ـ 2 ـ 7 ـ ري هيترها
از نظر اقتصادي به صرفه است تا جهت بالا بردن بازده سيكل از ري هيترهايي كه در بين توربين هاي نيروگاه قرار دارد استفاده شود . در ري هيترها ، درجه حرارت بخار خروجي از توربين فشار قوي را تا درجه حرارت اوليه بخار بالا مي بردند و سپس آن را به سمت توربين فشار متوسط هدايت مي كنند . اين عمل هم مي تواند بين توربين هاي فشار متوسط و ضعيف صورت گرد . ساختمان و طرز قرار گرفته آنها شبيه سوپر هيترهاست و مشابه آنها به دو بخش ري هيتر اوليه و ثانويه ، و در بعضي موارد به چندين بخش تقسيم مي شوند . البته وجود ري هيتر در كليه نيروگاههاي بخاري الزامي نيست و معمولاً در ديگ هاي بخار با ظرفيت پايين استفاده نمي شود اما در ديگهاي بخار با ظرفيت بالا استفاده از آنها اجتناب ناپذير مي گردد زيرا بازده سيكل را افزايش و مقدار رطوبت سيال خروجي از توربين رابه مقدار قابل توجهي كاهش مي دهند . بعنوان مثال در نيروگاه بعثت بخاطر كوچك بودن واحدهاي بخاري آن ( 3 واحد 5/82 مگا وات ) و به علت منفرد بودن توربين ، نيازي به ري هيتر نمي باشد ولي در نيروگاه شهيد رجايي هر واحد داراي دو واحد ري هيتر مي باشد .
1 ـ 2 ـ 1 ـ جنس لوله هاي بويلر :
انتخاب جنس فلز لوله بويلر بستگي به شرايط كاري آن بويژه درجه حرارت و فشار داخل آن خواهد داشت . افزايش درجه حرارت از حد مجاز حتي در مقادير كمي در دراز مدت قادر است كه ايجاد تغييرات ساختاري در مواد لوله نموده و كيفيت خواص مكانيكي آنرا پائين بياورد . ضمناً ارتباط تنظم وارده به جدارة لوله در تحت فشار داخلي (p) و قطر متوسط آن DM و ضخامت لوله (t) بصورت زير خواهد بود . ] 4 [
( 1 ـ 1 )
كه همانطور كه در رابطه (H) ديده مي شود با بالا رفتن فشار و كم شدن ضخامت لوله ميزان تنش وارده به جداره لوله افزايش مي يابد كه اين مقدار ممكن است از تنش مجاز آلياژ لوله در درجه حرارت مورد بيشتر شود لذا لوله هاي بويلر در واحدهاي بخاري علاوه بر پايداري در مقابل درجه حرارت بايستي مقاوم در مقابل خوردگيهاي داخلي ( از سمت بخار ) و خارجي از سمت محوطه احتراق باشد .
معمولاً نوع آلياژ بكار رفته در لوله هاي واتروال و اكونومايزر از جنس فولاد كربني انتخاب مي شود كه فولاد كربني تا درجه حرارت حدود ْ450 درجه سانتي گراد در بويلر مقاوم است كه درجه حرارت آب حداكثر در لوله هاي واتروال و بسته به نوع بويلر حدود 350 درجه سانتي گراد مي باشد . در لوله هاي ري هيتر و سوپر هپتر كه درجه حرارت بخار بالا و تا حدود 540 درجه سانتي گراد ( در سوپر هيترها ) مي باشد و در تحت فشار بالاتري نيز قرار دارند از فولاد هاي آلياژي جهت جنس لوله ها استفاده مي گردد زيرا تحت اين شرايط فولاد كربني ساده مقاوم نخواهد بود .
و كلاً بصورتي كه در جدول ( 1 ـ 2 ) آمده است . ] 15 [ در لوله هاي بويلر بترتيب از درجه حرارت كم از فولادهاي كربني ساده با ميزان كمتر كربن ( استحكام كم ) فولادهاي با كربين متوسط ( استحكام متوسط ) ، و با كربن بالا ( استحكام بالا ) استفاده مي گردد و با افزايش درجه حرارت از فولادهاي كربني موليبدن دار با ميزان كم موليبدن مثلاً 5/0 درصد يا (C-0.5MO) استفاده شده كه افزايش موليبدن به فولاد باعث پايدار نمودن آن در درجه حرارت بالاتر مي گردد كه جهت درجه حرارت بالاتر و پايدارتر نمودن فولاد علاوه بر موليبدن كرم نيز افزوده مي گردد و بدين ترتيب بسته به افزايش درجه حرارت از فولاد هاي با يك درصد يا بيشتر كرم ـ موليبدن از جمله فولاد (1Cr-0.5Mo), (9Cr-1Mo) ,(5Cr-0.5Mo) , (2.25Cr-1Mo) , (1.25Cr-0.5Mo) استفاده مي شود كه اين فولاها از نوع فولادهاي فريتي بوده و عناصر اصلي آنها غير از كربن شامل موليبدن و كرم مي با شد . تاثير اين عناصر در فولاد بطوريست كه كربن كلاً باعث افزايش استحكام و سختي و كرم باعث بالا بردن استحكام و مقاومت به پوسته اي شدن فولاد و موليبدن باعث پايداري و استحكام فولاد در درجه حرارت بالا مي گردد .
از فولاهاي بر آلياژتر از جمله فولاهاي ضد زنگ استينيتي كه داراي كرم و نيكل بيشتر و عناصر ديگر به مقدار كمتر مي باشد ، استفاده مي گردد از سر اين فولادها مي توان فولاهاي با 18 درصد كرم و 8 درصد نيكل (18Cr-8Ni) و (18Cr-10Ni) كه مقدار كمي تيتانيم دارد و فولاد (18Cr-8Ni) كه مقدار كمي كلمبيوم دارد و فولاد (16Cr-12Ni) كه مقدار كمي موليبدن دارد استفاده مي گردد كه آناليز و شماره استاندارد بعضي از فولاهاي ذكر شده در جدول ( 1 ـ 2 ) آورده شده است فولادهاي معادل اين فولادهاي ذكر شده را مي توان در استانداردهاي ديگر مشخص نمود كه در اين آلياژها نيكل باعث افزايش استحكام و مقاومت خوردگي و توام با كرم باعث تشكيل ساختار استينتي مي گردد .
البته اضافه شده عناصر آلياژي به فولاد قيمت تمام شده آن را افزايش مي دهد در ارتباط با انتخاب نوع فولادها نسبت به درجه حرارت مجاز فلز آن ، استانداردهاي مختلف كمي با هم اختلاف داشته كه جهت مقايسه مقادير پيشنهاد شده ] 16 [ توسط چند استاندارد در جدول 1 ـ 3 منعكس شده است .
1 ـ 2 ـ 8 ـ 1 ـ ساختار ميكروسكوپي فولادها :
ساختار ميكروسكوپي فولاد كربني ساده كه بيشتر در واتروالها استفاده مي شود .
از فاز زمينه فريت يا آهن كه به جهت ميزان كربن كم آن تا ( 025/0 درصد ) نرم مي باشد و مقدار كمي فاز پراكنده پوليت كه مجموعه اي است از لايه هاي آهن و كاربيد آهن Fe3C تشكيل شده است كه پرليت بجهت سخت بودن كاربيد آهن سختي بيشتري نسبت به فاز دارد . البته ميزان فازها و ذرات موجود در ساختار فولاد كربني ساده با در نظر گرفتن ميزان كربن فولاد تغيير مي كند و در فولاد كم كربن ( كمتر از 15/0 درصد كربن ) ميزان پرليت كمتر بود و در فولادهاي با كربن بيشتر ميزان پرليت بيشتر بوده و ذرات پراكنده ديگر كار بيدآهن نيز در ساختار موجود است كه پيش بيني ساختار با توجه به نمودار آهن و كربن امكان پذير مي باشد . البته عمليات حرارتي و عناصر آلياژي خود مي تواند در فرم ساختار فولاد تاثير داشته باشد .
فولاد هاي فريتي داراي زمينه با فاز فريت و ذرات پراكنده كاربيد و تركيبات ديگر حاصل از افزايش عناصر آلياژي و ساختار فولادهاي استنيتي شامل فاز زمينه از استنيت يا آهن بوده و ميزان كربن آن بيشتر از فاز است و مي تواند تا حدود 2 درصد كربن داشته باشد . تغييراتي كه در بهره برداري پيش مي‌آيد از جمله تشكيل رسوبات داخلي و لايه هاي اكسيد آهن و رسوبات خارجي حاصل از لايه هاي اكسيد و سرباره هاي حاصل از مواد خاكستر سوخت ، باعث ميگردد كه درجه حرارت فلز لوله در نواحي مختلف آن تغيير كند تشكيل لايه يكپارچه اكسيد آهن (fe3Oa) در جدارة داخلي لوله هاي بويلر از نظر محافظت در برابر خوردگي لازم ميباشد . ] 17 [ ولي بازاء يك افزايش 51/0 ( ميلي متر ) به ضخامت پوسته داخلي حدوداً باعث يك افزايش درجه فلز لوله به مقدار 138 درجه سانتي گراد 245 درجه فارنـهايت خواهد گرديد . ] 18[ اين افزايش درجه حرارت كه از حد مجاز فلز لوله بالاتر رود باعث تغييرات ساختاري در فلز لوله و تضعيف خواص مكانيكي آن ميگردد و بستگي به ميزان افزايش درجه حرارت فلز لوله كه زياد يا كم باشد در لوله به ترتيب ايجاد اورهيت كوتاه مدت يا دراز مدت خواهد شد .
1 ـ 2 ـ 8 ـ 2 ـ اورهيت شدن لوله هاي بويلر :
در اورهيت شدن لوله هاي بويلر وقتي درجه حرارت فلز لوله به ميزان كمي از درجه حرارت مجاز آن ( تا حدود 100 درجه سانتي گراد ) افزايش يابد اورهيت را دراز مدت و وقتي درجه حرارت به ميزان بيشتري از درجه حرارت مجاز آن بالا ميرود اورهيت را كوتاه مدت تقسيم بندي نموده اند . ] 19 [ در ناحية تحت اورهيت بجهت بالا بودن درجه حرارت و فشار داخلي با دكردگي ايجاد مي گردد . در اورهيت دراز مدت ميزان تورم لوله كمتر است زيرا درجه حرارت به ميزان كمتري از حد مجاز تجاوز نموده و تغيير فورم در ناحيه اورهيت كمتر خواهد بود و ضخامت لبه شكست ضخيم و اغلب غير از تركهاي طولي اوليه بموازات لبه شكست ، تركهاي مرز دانه اي در مقطع لبه شكست بواسطة پيشرفت خزش (Creep) در دراز مدت مشاهده مي گردد .
تركهاي مرز دانه اي در نتيجه تجمع عيوب كريستالي بويژه جاهاي خالي در مرز دانه ها در طي ساليان كاركرد لوله بويلر بوجود مي آيد كه حاصل آن تضعيف خواص مكانيكي و شكستگي لوله ها در تحت شرايط كاري خواهد بود . اين نوع اورهيت در لوله هاي سوپرهيتر و ري هيتربيشتر ديده شده است و علل عمده در ايجاد آنرا مي توان تشكيل رسوبات و افزايش لايه هاي اكسيد در جدارة داخلي وجود آب كندانس ( در لولة بخار ) نايكنواختي در لايه هاي رسوبات خارجي و ريزش آنها در بعضي نقاط ( تشكيل نقاط داغ ) دانست . كليه اين عوامل بنحوي باعث بالا رفتن درجه حرارت فلز لوله مي گردد ضمناً اختلال در كار مشعلهاي كوره نيز مي تواند باعث افزايش درجه حرارت و اورهيت آن گردد .
در اورهيت كوتاه مدت ميزان با دكردگي و تورم ناحيه اورهيت شده لوله بيشتر خواهد بود كه جداره لوله در اين ناحيه نازك شده و منجر به پارگي آن مي گردد . لبة شكست در اين نوع اورهيت نازكتر مي باشد . علل عمده در ايجاد اين نوع اورهيت را مي توان كم شدن يا اختلال در سيال داخلي لوله بعلت گرفتگي در لوله ها و در اثر تجمع رسوبات و تجمع آب ( در لوله هاي بخار ) و كم شدن سطح آب درام و همچنين انحراف از جوشش حبابي (DNB) در لوله هاي واتروال و طي آن تشكيل لوله كه معمولاً در لوله هاي افقي و مورب كه در تحت فلوي حرارتي بالا بوده و سرعت جريان كم است اتفاق افتاد كه اين اشكال در ناحيه بالايي لوله ها ديده شده است و نتيجة آن اختلال در انتقال حرارت از فلز به آب شده و در نتيجه موجب اورهيت شدن لوله در اين ناحيه خواهد گرديد . از علل ديگر اورهيت كوتاه مدت مي توان حرارت نسبتاً بيش از اندازه در محوطه احتراق را در نظر گرفت كه ممكن است بعلت اختلال در كار مشعل ها و تنظيم نبودن آنها ايجاد گردد .
1 ـ 2 ـ 8 ـ 3 ـ تغييرات ساختار فولاد در تحت اورهيت :
در تحول اورهيت شدن فولادهاي پرليتي ـ فريتي وقتي درجه حرارت فلز لوله از حدود 450 درجه سانتي گراد تجاوز مي كند ( به حدود درجه حرارت مجاز در جدول 1 ـ 3 توجه شود ) لايه هاي پرليت ابتدا شروع به شكستن مي نمايد و حالت صفحه اي خود را از دست مي دهند و در تحت زمان بيشتر كاربيد آهن حالت كروي بخود مي گيرد كه در ساختار ميكروسكوپي بصورت دانه هاي ريز ديده مي شود كه در صورت ادامه اورهيت دانه هاي ريز كار بيد بهم ديگر پيوسته و دانه هاي درشت تري را تشكيل مي دهد و چنانچه درجه حرارت باز هم بالاتر رود ( بيشتر از حدود 700 درجه سانتي گراد ) كاربيد آهن به كربن ( گرافيت ) و ( آهن ) تجزيه مي گردد كه با ادامه اورهيت ذرات ريز گرافيت بهم پيوسته و تشكيل ذرات درشت تر را مي دهد در اين تحولات خواص مكانيكي فولاد تضعيف مي گردد .
اين تغييرات وقتي درجه حرارت فلز لوله بميزان كمي از حد مجاز تجاوز نموده است تدريجاً صورت گرفته و زمان طولاني تري براي آن لازم خواهد بود و در درجه حرارت بالاتر به زمان و كوتاهتري مورد نياز است . معمولاً در حدود 700 درجه سانتي گراد كاربيدها كاملا كروي مي شوند ولي اغلب بجهت پاره شدن لوله و خروج آب و متوقف كردن واحد در تحول اورهيت تجزيه كاربيد كمتر صورت گرفته و يا بصورت كامل انجام نمي گيرد . چون اين تغييرات باعث تضعيف خواص مكانيكي مي گردد لذا با در نظر گرفتن ميزان تنش شكست آلياژ لوله در هر درجه حرارت نسبت به مقدار پارامتر لارسون ميلر P=T(2O+logt) و رسم نمودار مربوطه مي توان در مورد زمان شكست در هر درجه حرارت ارزيابي نمود ( پيش بيني عمر لوله ) ] 20 [ كه در اين رابطه (P) پارامتر لارسون ميلر و (T) درجه حرارت مطلق و (t) زمان شكست مي باشد .
البته چنانچه درجه حرارت از 727 درجه سانتي گراد بالاتر رود ( حدود800 درجه سانتيگراد ) بنا به تغييرات فازي در دياگرام آهن و كربن فولاد به ناحيه استنيتي وارد مي شود كه چنانچه از اين درجه حرارت سريع سرد شود ( مثلاً در تحت تاثير آب ) اصطلاحاً فولاد آبديده شده و ساختار ميكروسوپي آن بصورت ديگري ظاهر شده كه شامل فلزهاي ماتنزيت (Martensite) يا بيانيت (Balnite) كه سخت تر از فازفريت و پرليت است ، ميباشد كه وجود اين فازها بستگي به سرعت سرد شدن دارد و ممكن است تركيبي از آنها در ساختار فولاد بوجود آيد .
