Skip to main content
SUPERVISOR
Abdolmajid Eslami,Fakhreddin Ashrafizadeh
عبدالمجيد اسلامي (استاد راهنما) سيدفخرالدين اشرفي زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Farzane Dehnavi
فرزانه دهنوي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
In this study failure investigation was carried out on two types (type ”A” and type “B”) of secondary superheater tubes of a boiler. The steam flows inside the tubes and there is hot flue-gas stream outside of them. The rupture occured usually at/around bend section of the tubes. Visual iection, chemical analysis, X-ray diffractometery, optical and scanning electron microscopy, and hardness measurement have been done on both virgin tubes and failed tubes. In order to investigate the possible role of mechanical stress in failure of the type ”A” tube which was ruptured in bend part, distribution of mechanical stress on the tube was simulated via finite element method. Results showed that the steel of both tubes is high temperature structural steel, but the type “B” tube steel is not suitable for superheater tube. In addition, molybdenum deficiency made it susceptible to creep failure. Based on thickness of the steam side oxide scale, average tube temperature was calculated 550°C for type “A” tube and 650°C for type “B” tube; while maximum allowable temperature for both steels is 530°. Therefore, type “A” tube has experienced slight overheating; 21 year service time of this tube confirms this point. In case of the type “B” tube, the temperature of 650°C is obviously high and caused its overheating. Short service life of 3 years for the mentioned tube along with heavy oxidation and severe material degradation support occurrence of overheating. Calculation of hoop stress considering metal overheating and wall-thinning (as a result of oxidation and erosion) showed that hoop stress exceeded creep rupture strength of the alloy; thus creep rupture is expected. Simulation outputs of mechanical stress distribution is in accordance with experimental findings, showing higher potential for damage on fireside surface of the failure region. It can be concluded that thermal stress, overheating and erosion by steam are main roots for ruptur of type “A” tube; where as severe overheating and oxidation together with thermal stress caused failure of type “B” tube. Mechanical stress acted as a secondary mechanism in damage of type “A” tube.
در پژوهش حاضر علل تخريب دو نوع ( نوع A و نوع B) از لوله هاي سوپرهيتر کنوکسيوني در يک نيروگاه بخار مورد تحقيق قرارگرفته است. درون اين لوله ها بخار داغ و بيرون آنها گازهاي داغ حاصل از احتراق جريان دارد و موقعيت آسيب عمدتا در محل خم لوله ها و نزديکي آن است. پس از بررسي هاي ميداني، لوله هاي تخريب شده مورد بازرسي چشمي قرار گرفتند. در مرحله بعد آزمايش هاي کوانتومتري، متالوگرافي، آناليز عنصري، آناليز فازي و سختي سنجي روي لوله هاي کارنکرده (شاهد) و لوله هاي آسيب ديده صورت گرفت. به منظور بررسي اثر تنش هاي مکانيکي در تخريب لوله نع a که در محل خم دچار آسيب شده بود، توزيع تنش مکانيکي در اين لوله به کمک نرم افزار Abaqus شبيه سازي شد. بر اساس نتايج اين مطالعه، آلياژ هر دو نوع لوله در گروه فولادهاي ساختماني مقاوم در دماي بالا قرار مي گيرد اما آلياژ لوله نوع B در ساخت لوله هاي سوپرهيتر کاربرد ندارد. علاوه براين، کمبود موليبدن به عنوان مهم ترين رکن پايدارسازي حرارتي و مقاومت به خزش در اين آلياژ، آن را مستعد تخريب دماي بالا ساخته است. براساس ضخامت پوسته اکسيدي سطح داخلي لوله، متوسط دماي کاري فلز لوله نوع A حدود°C 550 و در مورد لوله نوع B حدود°C 650 محاسبه شد؛ اين در حالي است که بيشينه دماي مجاز براي هر دو فولاد °C530 است. بنابرين لوله نوع A دچار بيش گرمايش خفيفي شده است؛ عمر 21 ساله لوله نيز اين مطلب را تاييد مي نمايد. درباره لوله نوع B، دماي°C 650 از ديدگاه متالورژيکي بسيار بالا و عامل بيش گرمايش شديد آن است؛ مدت کوتاه سرويس دهي اين لوله (3 سال) که با اکسيداسيون شديد حرارتي و دگرگوني کامل ريزساختار آن همراه بوده تاييدکننده اين موضوع است. محاسبه تنش محيطي وارد بر لوله ها با در نظر گرفتن عواملي مانند بيش گرمايش فلز و نازک شدگي ديواره (بر اثر فرسايش توسط بخار يا اکسيداسيون حرارتي) نشان مي دهد اين تنش از استحکام گسيختگي خزشي آلياژ فراتر رفته است؛ بنابرين گسيختگي خزشي پديده اي مورد انتظار است. شبيه سازي توزيع تنش هاي مکانيکي در لوله نوع A با يافته هاي تجربي همخواني دارد و نشان مي دهد در منطقه آسيب ديده، سطح خارجي لوله پتانسيل بالاتري براي آسيب ديدگي دارد. شبيه سازي حرارتي لوله ها نشان مي دهد در محل خم لوله ها و نزديکي آن، گراديان دمايي بيشينه است؛ گراديان دما عامل ايجاد تنش حرارتي است. بنابرين مي توان گفت تنش حرارتي، بيش گرمايش و فرسايش توسط بخار عوامل اصلي آسيب ديدگي لوله نوع A هستند، درحالي که بيش گرمايش شديد و اکسيداسيون حرارتي در کنار تنش حرارتي سبب تخريب لوله نوع B شده اند. تنش مکانيکي به عنوان مکانيزم جانبي در تخريب لوله نوع A شناخته شد. کلمات کليدي : سوپرهيتر، بيش گرمايش، اکسيداسيون حرارتي، فرسايش توسط بخار، گسيختگي خزشي، شبيه سازي المان محدود

ارتقاء امنیت وب با وف بومی