Настоящий руководящий технический материал (РТМ) содержит метод и справочные данные, необходимые для учета окалинообразования (жаростойкости) при расчете на прочность трубчатых поверхностей нагрева пароперегревателей паровых котлов, устанавливает значения глубины коррозии котельных сталей в среде продуктов сгорания различных топлив, водяном паре и воздухе, которые рекомендуется использовать при расчетах на прочность.

РТМ предназначен для проверки эффективности применения уточненной методики учета окалинообразования при расчетах на прочность. РТМ рекомендуется использовать при проектировании новых котлоагрегатов и расчетах поверхностей нагрева реконструируемых котлов в случае их полной замены. Результаты этих расчетов, а также расчетов по существующей методике должны быть представлены проектирующими организациями в ЦКТИ для их обобщения и подготовки окончательного нормативного метода.

Рекомендации, изложенные в настоящем РТМ, дополняют, развивают и уточняют положения об учете окалнностойкости при расчетах на прочность, содержащиеся в ранее изданных нормативных материалах:

«Нормы расчета элементов паровых котлов на прочность». (Руководящие указания. Вып. II, Л., ЦКТИ, 1965).

«Руководящие указания по расчету на прочность труб мощных энергетических блоков». (Вып. 27. Л.. ЦКТИ, 1969).

«Руководящие указания по учету жаростойкости легированных сталей для труб поверхностей нагрева паровых котлов». (М.. ЦНИИТМАШ, 1973).

РТМ 24.030.17. Метод расчета жаростойкости конструкционных материалов. Л., 1972.

I. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

/—средняя температура среды в расчетном сечении элемента пароперегревателя, °С;

/.— температура металла наружной поверхности трубы, °С;

/«. — температура металла внутренней поверхности трубы, °С;

Д/,— превышение температуры среды в рассчитываемом элементе над средней температурой, °С; максимальное удельное тепловое -приятие поверхностей нагрева. ккал/(м*-ч);

I*— коэффициент расточки тепла;

Э — отношение наружного диаметра трубы к внутреннему;

5— номинальная толщина стенки трубы. мм;

>•* — коэффициент теплопроводности металла трубы. ккал7(м² • ч • ^вС);

*2—коэффициент теплоотдачи от стенки к обогреваемой среде, ккал/(м*Х Хч-^вС);

с,—расчетная величина утонения стенки трубы поверхности нагрева за счет внутренней и наружной коррозии, мм;

глубина коррозии металла трубы рассчитываемого элемента с наружной стороны, мм;

AS¹,— глубина коррозии металла трубы рассчитываемого элемента с внутренней стороны, мм; р— расчетное давление, кгс/см²; ^а.ют — допускаемое напряжение при расчете труб только на действие внутреннего или наружного давления, кгс/мм¹;

Д,— номинальный наружный диаметр трубы, мм; х,—доля времени работы котлоагрегата в режиме, отличающемся от номинального, от величины расчетного ресурса эксплуатации;

-_t— время работы котлоагрегата в режиме, отличающемся от номинального. ч;

■ доля времени работы котлоагрегата в номинальном режиме от величины расчетного ресурса эксплуатации; — время работы котлоагрегата в номинальном режиме, ч; т_и.„    эквивалентное суммарное время

окисления металла соответственно наружной и внутренней поверхностей трубы, ч;

/и... /.и.»— эквивалентная температура металла соответственно наружной и внутренней поверхностей трубы. °С;

Q—энергия активации окисления металла ккал/(моль-°С);

A$„._s, Д5,н.1— глубина коррозии металла труб соответственно наружной и внутренней поверхностей при работе котлоагрегата в режиме, отличающемся от номинального, за расчетный период. мм;

R— универсальная газовая постоянная кал/моль.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1.    Учет окалинообразования при расчете на прочность поверхностей нагрева паровых котлов производят на основании определения уменьшения толщины трубчатых элементов поверхностей нагрева за время их эксплуатации.

2.2.    Утонение труб рассчитывают отдельно для внутренней и наружной поверхностей, их температура различна, и окисление происходит в разных средах: в водяном паре или котловой воде и в продуктах сгорания топлива.

2.3.    Расчет напряженного состояния трубчатых поверхностей нагрева осуществляют, предполагая, что уже к началу эксплуатации котлоагрегата толщина стенки труб меньше действительной на величину, равную их утонению вследствие окалинообразования за весь ресурс.

2.4.    Температура наружной поверхности труб поверхностей нагрева при их расчете на срок службы 100 000 ч не должна превышать значений предельных допустимых температур, приведенных в таблице.

Для промперегревателей котлов, работающих на высокосернистых и сернистых мазутах, допус

кается применять трубы из стали марки I2XI8HI2T с температурой наружной поверхности до 640°С при сроке службы 100 000 ч. Для пароперегревателей котлов, работающих на эстонских сланцах, допускается применять трубы из стали марок 12Х1МФ, 12Х2МФСР и 12Х2МФБ (ЭИ531) с температурой наружной поверхности труб до 570°С при сроке службы 100 000 ч.

2.5. Предлагаемый метод предусматривает возможность расчета отдельных пакетов в поверхностях нагрева на период эксплуатации меньше 100 000 ч.

*• После отработки технология и проверки в жсплуатации-ДОС.

3. РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЕЙ

3.1.    Температуру металла наружной /„ и внутренней t,_H поверхностей труб пароперегревателей рассчитывают в соответствии с «Тепловым расчетом котельных агрегатов. Нормативный метод» (Руководящие указания. Вып. 34.Т.2.Л., ЦКТИ. 1973) • или «Тепловым расчетом котельных агрегатов. Нормативный метод». (М. «Энергия», 1973) по формулам:

'■ ¹'+^А'_т + м- (£ гЪ+тг)'°^С:    0)

= Г +    +    °С.    (2)

3.2.    Расчет температуры поверхностей нагрева пароперегревателей производят для участков с максимальной температурой (чертеж).

3.3.    Определив максимальную температуру металла наружной и внутренней поверхностей труб пароперегревателей по их величинам и величине заданного ресурса работы пароперегревателя, находят значения глубины коррозии металла труб с на-

ружной и внутренней сторон AS_M и AS... пользуясь табл. 1—3 обязательного приложения I. Эти значения определяют для сред, воздействие которых испытывают соответственно наружная и внутренняя поверхности труб пароперегревателя.

Если в табл. 1—3 обязательного приложения 1 данные о глубине коррозии сталей при интересующих значениях температуры и времени эксплуатации отсутствуют, их можно определить по параметрическим диаграммам жаростойкости, включенным в справочное приложение 2, и формулам, включенным в справочное приложение 3. Метод определения глубины коррозии по параметрическим диаграммам изложен в PTM 24.030.17.

3.4. С целью учета возможного несоответствия условий окисления металла труб пароперегревателей в экспериментах и во время эксплуатации, а также естественного разброса экспериментальных данных величину глубины коррозии металла следует умножить на коэффициент запаса, равный

Для удобства использования при расчетах данных по глубине коррозии сталей их значения, включенные в приложения 1—3, умножены на коэффициент запаса 1, 3. Поэтому приводимые далее в расчетных формулах величины AS„ н AS,,, предполагаются умноженными на 1,3.

3.5. Расчетную величину утонения стенки трубчатых поверхностей нагрева Сз² (мм) пароперегре-

вателей, вызванную их окислением, определяют в виде суммы:

c₃-AS_M+AS.„    (3)

где AS, и AS,,, находят по справочным данным, включенным в приложения 1—3.

3.G. Учет окалинообразования при расчете на прочность поверхностей нагрева пароперегревателей осуществляют, вводя расчетную величину утонении с₃ (мм) в формулу для толщины стенки труб:

^{5 =} 20Ь„”+ р ^+С' +    +    ^с3    <⁴>

Расчет на прочность поверхностей нагрева пароперегревателей производят в соответствии с ОСТ 108.031.02—75 «Котлы стационарные паровые и водогрейные и трубопроводы пара и горячей воды. Нормы расчета на прочность».

3.7. Но примерам, приведенным в справочном приложении 4. можно конкретно ознакомиться с методом расчета величины Сз и толщины стенки труб пароперегревателей.

4. УЧЕТ РАБОТЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА В РЕЖИМАХ. ОТЛИЧАЮЩИХСЯ ОТ НОМИНАЛЬНОГО

4.1.    Методику расчета, изложенную в настоящем разделе, рекомендуется применять в тех случаях, когда ожидаемая суммарная продолжительность работы котлоагрегата в номинальном режиме составляет менее 80% от расчетного срока службы. Методика не может быть использована применительно к пиковым и полупиковым режимам работы паровых котлов.

4.2.    Расчет утонения стенки труб поверхностей нагрева котлоагрегатов в режимах работы, отличающихся от номинального, производят, исходя из значений доли а₍ времени работы т< от величины расчетного ресурса т_р:

4.3.    Если котлоагрегат работает в течение времени т, —а,т_р в номинальном режиме, а в течение времени n-aiip, тз=азТр.... т< = а₍т_р,... т„ ^ва_пТр в нескольких (я) режимах, отличающихся от номинального, то для каждого режима рассчитывают соответствующие значения температуры металла наружной поверхности труб: /_и1. /„²,... t_ni,... и внутренней поверхности: f,„_и /.„г,... /„<,...

Расчет температуры металла производят в соответствии с нормативным методом, а также указаниями разделов 3 и 4 настоящего РТМ.

4.4.    Используя найденные значения температуры и времени, эквивалентное суммарное время окисления металла на наружной т_в.² и внутренней %■., (ч) поверхностях труб определяют, исходя из номограмм эквивалентного времени (см. РТМ 24.030.17) или аналитически:

если коэффициенты в кинетическом и температурном уравнениях окисления не зависят от температуры, используют формулы:

Ц-Т^—Ь) i, Ц-г—т-)-

\ *» » (к -}■ i "и ^ ' •«.*    щ**

если коэффициенты зависят от температуры, используют формулы:

где /„.» и /,_н»— эквивалентная температура металла на наружной и внутренней поверхностях труб соответственно. К: Ь, с и d — постоянные коэффициенты в уравнениях окисления стали (см. справочное приложение 3).

Определение эквивалентного суммарного времени осуществляют, руководствуясь РТМ 24.030.17.

4.5.    По величинам эквивалентных температур определяют значения глубины коррозии металла труб с наружной AS.x и внутренней AS..X стороны за время эксплуатации из параметрических диаграмм жаростойкости справочного приложения 2.

4.6.    Значения AS„r и AS,,,» следует умножить на коэффициент запаса, равный I, 3. Для удобства использования при расчетах данных по глубине коррозии сталей их значения, включенные в приложения 1—3, умножены на коэффициент 1, 3. Поэтому значения AS*' и AS,*», определенные по справочным данным, содержащимся в приложениях 1—3, оказываются автоматически увеличенными в 1.3 раза.

4.7.    Необходимую для прочностных расчетов величину утонения стенки труб (мм) поверхностей нагрева котлов, работающих в различных режимах, определяют в виде суммы:

C3«AS„r+AS-*.    (9)

где значения AS„j и А5_мх предполагаются определенными с использованием справочных данных, включенных в приложения 1—3, т. е. умноженных на коэффициент запаса 1,3.

ЗНАЧЕНИЯ ГЛУБИНЫ КОРРОЗИИ СТАЛЕЙ В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ ЗА 100 ООО. 50 ООО и 10 000 ч

1.    В приложение включены данные о глубине коррозии котельных сталей, полученные на основании результатов испытаний ЦКТИ (водяной пар и воздух). МО ЦКТИ (продукты сгорания мазута и природного газа, водяной пар). ЦНИИТ-МАШ (продукты сгорания углей, мазута и природного газа), ТПИ (продукты сгорания эстонских сланцев), ВТИ (продукты сгорания углей, мазута и природного газа), ОРГРЭС, УО О0ГРЭС и Рос-товэнерго (продукты сгорания углей).

2.    Данные настоящего приложения рассчитаны с использованием результатов последних исследований жаростойкости сталей. Они заменяют экспериментальные данные по жаростойкости котельных сталей, включенные в PTM 24.030.17.

3.    До получения данных по окалиностойкости котельных сталей в продуктах сгорания топлив, не указанных в приложениях 1—3. характеристики их окалиностойкости принимаются:

для малосернистого мазута марок 40 и 100 — по природному газу;

для углей Донецкого, Карагандинского, Кузбасского, Львовско-Волынского, Магаданского, Мину

синского, Печерского, Сучанского бассейнов и Ба-качачинского. Буланашского. Забитуйского, Подго-родненского, Черемховского месторождений — по антрацитовому штыбу;

для углей Бурятского. Канско-Ачинского, Киргизского, Подмосковного, Сахалинского, Таджикского, Узбекского, Челябинского, Читинского. Якутского бассейнов и Азейского, Артемовского. Бабаевского. Бакинского, Богословского, Веселовского. Волчанского, Ленгерского, Райчихииского. Ретти-ховского. Тавричанского, Чихезского месторождений. а также бурых углей местных разработок — по назаровскому углю (канско-ачинские бурые угли);

для углей Кавказа и Кизеловского бассейна, а также Егоршинского. Куу-Чекинского. Липовец-кого. Ургальского месторождений — по экибастуз-скому углю.

4.    Значения глубины коррозии сталей, включенные в табл. 1—6, рассчитаны с учетом коэффициента запаса, т. е. умножены на 1,3.

5.    В табл. 1—6 приведены значения глубины коррозии сталей с точностью, как правило, до 0.01 мм. В тех случаях, когда глубина коррозии стали меньше 0,01 мм, значения AS даны с точностью до первой значащей цифры.

Таблица 2

Глубина коррозии сталей за 100 ООО ч

Продолжение табл. 2

Таблица 3

Глубина корро1ми сталей аа 50000 ч

Таблица 4

Глубина коррозии сталей за 50 ООО ч