Skip to main content
SUPERVISOR
Abdolmajid Eslami,Fakhreddin Ashrafizadeh
عبدالمجید اسلامی (استاد راهنما) سیدفخرالدین اشرفی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Farzane Dehnavi
فرزانه دهنوی

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 تخریب دو نوع ( نوع A و نوع B) از لوله های سوپرهیتر کنوکسیونی در یک نیروگاه بخار مورد تحقیق قرارگرفته است. درون این لوله ها بخار داغ و بیرون آنها گازهای داغ حاصل از احتراق جریان دارد و موقعیت آسیب عمدتا در محل خم لوله ها و نزدیکی آن است. پس از بررسی های میدانی، لوله های تخریب شده مورد بازرسی چشمی قرار گرفتند. در مرحله بعد آزمایش های کوانتومتری، متالوگرافی، آنالیز عنصری، آنالیز فازی و سختی سنجی روی لوله های کارنکرده (شاهد) و لوله های آسیب دیده صورت گرفت. به منظور بررسی اثر تنش های مکانیکی در تخریب لوله نع a که در محل خم دچار آسیب شده بود، توزیع تنش مکانیکی در این لوله به کمک نرم افزار Abaqus شبیه سازی شد. بر اساس نتایج این مطالعه، آلیاژ هر دو نوع لوله در گروه فولادهای ساختمانی مقاوم در دمای بالا قرار می گیرد اما آلیاژ لوله نوع B در ساخت لوله های سوپرهیتر کاربرد ندارد. علاوه براین، کمبود مولیبدن به عنوان مهم ترین رکن پایدارسازی حرارتی و مقاومت به خزش در این آلیاژ، آن را مستعد تخریب دمای بالا ساخته است. براساس ضخامت پوسته اکسیدی سطح داخلی لوله، متوسط دمای کاری فلز لوله نوع A حدود°C 550 و در مورد لوله نوع B حدود°C 650 محاسبه شد؛ این در حالی است که بیشینه دمای مجاز برای هر دو فولاد °C530 است. بنابرین لوله نوع A دچار بیش گرمایش خفیفی شده است؛ عمر 21 ساله لوله نیز این مطلب را تایید می نماید. درباره لوله نوع B، دمای°C 650 از دیدگاه متالورژیکی بسیار بالا و عامل بیش گرمایش شدید آن است؛ مدت کوتاه سرویس دهی این لوله (3 سال) که با اکسیداسیون شدید حرارتی و دگرگونی کامل ریزساختار آن همراه بوده تاییدکننده این موضوع است. محاسبه تنش محیطی وارد بر لوله ها با در نظر گرفتن عواملی مانند بیش گرمایش فلز و نازک شدگی دیواره (بر اثر فرسایش توسط بخار یا اکسیداسیون حرارتی) نشان می دهد این تنش از استحکام گسیختگی خزشی آلیاژ فراتر رفته است؛ بنابرین گسیختگی خزشی پدیده ای مورد انتظار است. شبیه سازی توزیع تنش های مکانیکی در لوله نوع A با یافته های تجربی همخوانی دارد و نشان می دهد در منطقه آسیب دیده، سطح خارجی لوله پتانسیل بالاتری برای آسیب دیدگی دارد. شبیه سازی حرارتی لوله ها نشان می دهد در محل خم لوله ها و نزدیکی آن، گرادیان دمایی بیشینه است؛ گرادیان دما عامل ایجاد تنش حرارتی است. بنابرین می توان گفت تنش حرارتی، بیش گرمایش و فرسایش توسط بخار عوامل اصلی آسیب دیدگی لوله نوع A هستند، درحالی که بیش گرمایش شدید و اکسیداسیون حرارتی در کنار تنش حرارتی سبب تخریب لوله نوع B شده اند. تنش مکانیکی به عنوان مکانیزم جانبی در تخریب لوله نوع A شناخته شد. کلمات کلیدی : سوپرهیتر، بیش گرمایش، اکسیداسیون حرارتی، فرسایش توسط بخار، گسیختگی خزشی، شبیه سازی المان محدود

ارتقاء امنیت وب با وف بومی