承壓部件熱應(yīng)力.ppt

1、啟動應(yīng)力,啟動應(yīng)力：指鍋爐啟動、停運與變負(fù)荷過程啟動分離器和末級過熱器出口聯(lián)箱的應(yīng)力。 機(jī)械應(yīng)力+溫度不均勻引起的熱應(yīng)力+內(nèi)部介質(zhì)重量等引起的附加應(yīng)力=啟動應(yīng)力 應(yīng)力可分為主體膜應(yīng)力和峰值應(yīng)力兩種。,峰值應(yīng)力是承壓部件的局部應(yīng)力，由不均勻溫度及結(jié)構(gòu)等因素產(chǎn)生的，它比主體膜應(yīng)力大24倍。 峰值應(yīng)力使承壓部件局部材料屈服，引起應(yīng)力再分配，最大應(yīng)力達(dá)到屈服限，在靜態(tài)時不構(gòu)成危害。但是，對波動的峰值應(yīng)力，到了一定的波動次數(shù)后，材料會脆性破壞。,一、機(jī)械應(yīng)力 承壓部件內(nèi)外直徑比在1.2范圍內(nèi)，屬于薄壁容器。超過1.2屬于厚壁容器。薄壁容器在內(nèi)壓力的作用下只是向外擴(kuò)張而無其他變形。 承壓部件的縱橫斷面上只

2、有正應(yīng)力無剪應(yīng)力。任一點有三個方向的應(yīng)力，沿圓筒切線方向的切向應(yīng)力為，沿圓筒軸線方向的軸向應(yīng)力為，沿圓筒直徑方向的徑向應(yīng)力為，其計算式為 1=PDn/2S MPa (1) 2=PDn/4S MPa (2) 3=-P MPa (3) 式中 p 內(nèi)壓力，MPa；Dn汽包內(nèi)徑，mm； S汽包壁厚，mm。,二、熱應(yīng)力 1. 熱應(yīng)力概念 金屬膨脹變化受到限制時會產(chǎn)生很大的應(yīng)力，稱為熱應(yīng)力。 2. 啟動過程熱應(yīng)力 鍋爐啟動過程工質(zhì)溫度逐漸升高，承壓部件被加熱，其壁內(nèi)溫度變化如圖(1)所示。 承壓部件是一個整體，其各部位間無相對位移的自由，因而內(nèi)壁受到壓縮、外壁受到拉伸。,3，停爐降壓過程熱應(yīng)力 工質(zhì)與金屬

3、之間形成的溫差使金屬蓄熱釋放。降壓過程外壁溫度高于內(nèi)壁溫度(假定承壓部件保溫很好，對環(huán)境散熱近似為零)。 因此，降壓過程外壁產(chǎn)生壓縮熱應(yīng)力、內(nèi)壁產(chǎn)生拉伸熱應(yīng)力。,4.熱應(yīng)力近似計算 內(nèi)外壁溫差熱應(yīng)力。內(nèi)外壁溫差熱應(yīng)力，內(nèi)壁切向應(yīng)力最大。對于內(nèi)壁加熱，可近似表示為 nw=E*t1-0/(1-) MPa (4) 式中 泊桑系數(shù)，0.250.33； t1-0汽包內(nèi)壁表面至中心線xx間的溫差，熱應(yīng)力等于零的線稱為中心線x-x是在假定承壓部件是平板，周邊固定不能扭轉(zhuǎn)的條件下得到的。,承壓部件進(jìn)水是欠熱水，內(nèi)外壁溫差使內(nèi)壁產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。,為了減小熱應(yīng)力nw ，進(jìn)水應(yīng)限制內(nèi)外壁溫差及減小t1-0 。限制進(jìn)水

4、溫度和進(jìn)水速度，后者可縮小。 部頒鍋爐運行規(guī)程指出，鍋爐進(jìn)水溫度不大于100，進(jìn)水時間中壓鍋爐夏季不小于1h，冬季不小于2h，高壓及以上壓力鍋爐夏季不小于2h，冬季不小于4h。,三、承壓部件進(jìn)水應(yīng)力分析及進(jìn)水方法 進(jìn)水時無內(nèi)壓力，熱水加熱內(nèi)壁，引起內(nèi)外溫差，管孔與管頭之間的溫差。這些溫差都會引起熱應(yīng)力。因此，進(jìn)水時應(yīng)力主要是熱應(yīng)力。,用105除氧水作為鍋爐進(jìn)水，它流過管道系統(tǒng)、省煤器入汽水分離器，水溫約70。應(yīng)注意水品質(zhì)要符合標(biāo)準(zhǔn)。 有的電廠用低溫水(25)進(jìn)水，進(jìn)水速度不受限制，可大大縮短進(jìn)水時間。低溫進(jìn)水必需用化學(xué)純水聯(lián)胺除氧，并用氨水(NH3H20)控制pH值。采用低溫進(jìn)水雖然進(jìn)水時間縮

5、短，但用于加熱鍋水的時間增長了。,四、超臨界鍋爐升壓汽包應(yīng)力分析 應(yīng)力=機(jī)械應(yīng)力+熱應(yīng)力。內(nèi)壓力產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，汽包壁溫不均產(chǎn)生熱應(yīng)力。汽水分離器局部較大峰值應(yīng)力常發(fā)生在汽水混合物噴嘴邊緣處。,五、低周疲勞破壞 低周疲勞破壞：承壓部件最大值不大于屈服限，如果承受是周期性的峰值應(yīng)力，則在周期性塑性應(yīng)變下將使材料斷裂破壞的現(xiàn)象。 達(dá)到低周疲勞破壞的應(yīng)力循環(huán)總次數(shù)稱為壽命，運行中應(yīng)力循環(huán)次數(shù)占壽命的百分?jǐn)?shù)稱為壽命損耗。,ASME給出一個臨界值，對于材料屈服限為552MPa的承壓部件，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)超過1000次，都應(yīng)對部件進(jìn)行低周疲勞分析。關(guān)于應(yīng)力循環(huán)次數(shù)有以下定義： (1)鍋爐啟動停運一個循環(huán)為一次。

6、 (2)壓力波動范圍在數(shù)值上超過設(shè)計壓力值20算一次。 (3)任何相鄰兩點，因溫度變化產(chǎn)生溫差，不同溫差值折算成次數(shù)， 2955C 應(yīng)力循環(huán)一次 5683 C 應(yīng)力循環(huán)2次 84139 C 應(yīng)力循環(huán)4次 140194 C 應(yīng)力循環(huán)8次 195250 C 應(yīng)力循環(huán)12次 250 C 應(yīng)力循環(huán)20次,六、承壓部件應(yīng)力控制 1.原則 鍋爐啟停過程應(yīng)力安全原則有以下幾項： (1)機(jī)械應(yīng)力要符合最大剪應(yīng)力強(qiáng)度理論條件。 (2)峰值應(yīng)力超過屈服限時發(fā)生局部塑性變形，吸收超過屈服限部分的應(yīng)力，但是不會造成靜態(tài)破壞。 (3)峰值應(yīng)力會產(chǎn)生低周疲勞與壽命損耗。降低峰值應(yīng)力值可減少低周疲勞損耗。其關(guān)鍵是減小熱應(yīng)力

7、。熱應(yīng)力是由金屬溫差產(chǎn)生的，減小金屬溫差的基本方法是促使工質(zhì)流動、均勻爐水溫度和限制升溫速度。 (4)材料屈服限大于552MPa，峰值應(yīng)力循環(huán)次數(shù)小于1000次，可不考慮汽包低周疲勞損耗。,2.控制升壓速度 承壓部件內(nèi)工質(zhì)處于飽和狀態(tài)，故升壓速度就是升溫速度。 啟動初期壓力低，工質(zhì)溫度隨壓力變化大，并且水循環(huán)尚未穩(wěn)定，故應(yīng)適當(dāng)降低升壓速度。水循環(huán)穩(wěn)定后，壓力大于0.91MPa，可適當(dāng)提高升壓速度。 鍋爐啟動可按事先制定的升壓曲線進(jìn)行升壓。制訂升壓曲線方法，先依據(jù)50h升溫率繪制升壓曲線。,3.控制降壓速度 (1)滑參數(shù)停機(jī)?；瑓?shù)停機(jī)采用帶負(fù)荷降壓方法，即降壓同時降負(fù)荷。一般采用下面的方法控制熱應(yīng)力：,1)控制工質(zhì)溫度下降速度。壓力大于9.8MPa，工質(zhì)溫度下降速度不大于1min；壓力小于9.8MPa，工質(zhì)溫度下降速度不大于1.5min。 2)降壓降負(fù)荷分階段進(jìn)行。 3)降壓至2MPa以下應(yīng)放慢降壓速度，因為低壓時溫度隨壓力的下降率大。 4)滑參數(shù)停機(jī)的最低負(fù)荷，除穩(wěn)定燃燒要求外還受溫差限制。 鍋爐負(fù)荷下降的同時燃料量減少，水冷壁熱負(fù)荷不均勻性加劇，水循環(huán)惡化，發(fā)生循環(huán)停滯回路對應(yīng)的工質(zhì)流動減弱甚至停止，使溫差增大。,(2)高參數(shù)正常停運。 機(jī)組在高參數(shù)下卸負(fù)荷熄火，熄火后鍋爐降壓。降壓過程可能會發(fā)生更大的溫差，