蒸汽侧氧化膜对锅炉T91钢管蠕变断裂寿命的影响

建立了电站锅炉T91钢管蠕变断裂寿命计算模型,定量分析了蒸汽侧管壁温度和等效应力对T91受热管蠕变断裂寿命的影响,并对不同热负荷、不同尺寸受热管的计算结果进行了比较.结果表明:蒸汽侧氧化膜导致管壁温度升高是缩短部件蠕变断裂寿命的主要原因,等效应力增大是次要原因;受热管的蠕变断裂寿命随蒸汽侧氧化膜厚度的增加呈抛物线缩短;随管子热负荷的增加,蒸汽侧氧化膜对受热管蠕变断裂寿命的影响程度加剧;蒸汽侧氧化膜对外径较小的厚壁管子蠕变断裂寿命的影响较大.     

锅炉高温受热面蒸汽侧氧化膜在线监测技术研究

建立了高温受热面炉内壁温在线监测模型、氧化膜生长模型、氧化膜应力在线监测计算模型和氧化膜脱落评估模型等.在此基础上,开发了锅炉高温受热面蒸汽侧氧化膜管理系统,并利用该系统对某600MW超临界锅炉高温受热面炉内管壁温度和蒸汽侧氧化膜厚度及应力状态进行实时计算与分析.结果表明:利用该系统可以减小沿烟道宽度方向的热偏差,有效降低偏差屏的炉内温度,减缓管内氧化膜生成速率;通过对温度变化速率、氧化膜应力状态的实时监测,可以积极预防氧化膜的脱落和堆积.     

600 MW超临界锅炉高温过热器T23和T91金属氧化膜热应力分析

以某600 MW超临界锅炉高温过热器为研究对象,分析了氧化膜厚度、生长温度和热膨胀系数等参数对金属管内蒸汽侧氧化膜热应力的影响.基于有限元方法建立了圆管数值计算模型,计算得到不同厚度和不同生长温度下T23和T91金属蒸汽侧氧化膜从生长温度冷却至常温时的热应力变化,并依据热应力的变化特征确定了这2种金属管材蒸汽侧氧化膜易发生脱落的温度范围.结合锅炉出口蒸汽温度与高温过热器指定位置处氧化膜温度的关系,提出用出口蒸汽温度判别氧化膜是否处于易发生脱落的温度范围的方法,给出了该锅炉停炉时的出口蒸汽温度值.结果表明：2种金属管材在冷却过程中低于一定温度时,其氧化膜的应力达到或接近最大应力值,可以依此判断氧化膜是否处于易发生脱落的危险区域.     

600MW超临界锅炉高温过热器T23和T91金属氧化膜热应力分析

以某600MW超临界锅炉高温过热器为研究对象,分析了氧化膜厚度、生长温度和热膨胀系数等参数对金属管内蒸汽侧氧化膜热应力的影响.基于有限元方法建立了圆管数值计算模型,计算得到不同厚度和不同生长温度下T23和T91金属蒸汽侧氧化膜从生长温度冷却至常温时的热应力变化,并依据热应力的变化特征确定了这2种金属管材蒸汽侧氧化膜易发生脱落的温度范围.结合锅炉出口蒸汽温度与高温过热器指定位置处氧化膜温度的关系,提出用出口蒸汽温度判别氧化膜是否处于易发生脱落的温度范围的方法,给出了该锅炉停炉时的出口蒸汽温度值.结果表明:2种金属管材在冷却过程中低于一定温度时,其氧化膜的应力达到或接近最大应力值,可以依此判断氧化膜是否处于易发生脱落的危险区域.     

锅炉水冷壁爆管事故的分析

针对一起锅炉水冷壁爆管事故,从水冷壁的受热状态、水循环、管壁应力等方面进行了分析,指出局部水冷壁受热强,水循环流速缓慢,导致水冷壁金属超温过热;管内壁的汽水腐蚀、管外壁的高温氧化,再加上高速烟气气流对向火侧管壁金属的剧烈磨损,导致管壁金属发生严重减薄,承受的应力水平进一步提高;频繁的启、停锅炉以及压力波动、温度变化,导致水冷壁上部弯管部位金属既承受弯曲应力,又同时承受着较大的交变应力作用。由此得出造成局部水冷壁金属超温过热、高温腐蚀、磨损减薄以及交变压力等是导致爆管的主要原因。     

氧化膜的生长对管壁温度和氧化膜温度的影响

管壁温度是评估电站锅炉受热面的热效率和锅炉安全运行的重要参数,根据传热学理论并利用L-M经验公式对管道的传热过程进行了研究,建立了具有氧化膜的受热面管道传热的数值模型,并对某再热器管道的传热过程进行计算,得到了管道各个界面温度与氧化膜厚度随着管道运行时间的变化趋势,定量地解释了管道各个界面温度随时间增长的原因,提出了氧化膜增长的敏感系数.     

超临界锅炉过热器炉内外壁温对比试验及分析

在600 MW超临界锅炉机组上进行了过热器炉内外壁温测量对比试验,目的是为了全面掌握超临界锅炉过热器炉内壁温状况。试验中实时采集了炉内壁温及炉外壁温的实时数据,并将采集的各种数据分析对比,从而对过热器的炉内壁温分布、炉内外壁温关联规律等进行了分析研究,得到了600 MW超临界锅炉过热器炉内外温度特性即炉外与炉内的管壁温度波动趋势、过热器炉内外负荷、水煤比、主汽温度的波动与炉内外管壁温差波动趋势相同的规律,对于研究600 MW超临界锅炉过热器管壁壁温监测以及寿命诊断具有重要的意义。     

服役十万小时过热器T91管道氧化皮特征分析及防治措施

某亚临界锅炉累计运行1.0×10~5 h,A级检修后启动第23天末级过热器发生氧化物堵塞爆管。通过从宏观检查、割管金相试验、光谱分析、堆积物成分、氧化膜形态、当量温度分析等,研究了爆管的成因和特点。结合对T91钢氧化膜脱落机理的国内主流研究成果,分析了亚临界锅炉末级过热器氧化膜失效的机理,提出技术监督和日常维护的防范措施,保障T91钢在锅炉全寿命期的安全,为同类300～600 MW级亚临界锅炉末级过热器技术管理提供借鉴。     

超临界压力区倾斜上升光管壁温分布与传热特性的试验研究

在超临界压力下,对倾角α=20°的25×2.5(mm)不锈钢倾斜上升光管内水的传热特性及管壁温分布进行了试验研究。试验参数范围:p=23~28MPa,质量流速G=600~1200kg/(m2s),平均内壁热流密度q=300~600kW/m2。试验结果表明:倾斜管壁温及传热系数沿周向分布不均匀;不均匀分布特性在不同焓值区不同;在略低于拟临界焓值区,管壁面换热系数有一个峰值;提高质量流速可减小不均匀性,压力对拟临界焓值区的传热特性和不均匀性影响较明显;内壁平均热流密度对不均匀性和传热的影响大,在较低热流密度时,上母线温度最高,下母线的温度最低,而在高热流密度时,侧面的温度最高。并研究了因为浮力引起的自然对流对不均匀性的影响。图6参9     

STBA24钢管蒸汽氧化的微观特征研究

利用宏观检查、金相检验、电镜观察、能谱分析和X射线衍射仪等方法,对某热电厂过热器和再热器管内壁氧化皮的化学成分和组织结构进行了试验研究,探讨了STBA24钢高温蒸汽氧化的微观特征和氧化机理.结果表明:STBA24钢管在运行中,当管壁温度超过材料的许用温度时,易发生高温水蒸汽氧化;腐蚀产物分内外2层,外层以Fe2O3、Fe3O4为主,易剥落,内层为致密的保护性氧化物,具有长期抗氧化能力.金属材料的蒸汽氧化和剥落会增大管壁应力,造成管壁破裂或爆管.     

700℃超超临界塔式切圆燃烧锅炉水冷壁设计

对700℃超超临界塔式切圆燃烧锅炉的水冷壁进行设计,总体方案为下部炉膛采用螺旋管水冷壁,上部炉膛采用垂直管汽冷壁.以660 MW等级700℃塔式切圆燃烧锅炉为设计对象,确定了其水冷壁的结构参数、热力边界条件和热负荷分布曲线,并对其水动力进行了计算.根据管壁温度和鳍片温度计算结果,确定水冷壁材料为水冷壁管下部采用12Cr...     

气汽混合流体凝结液膜传热特性研究

液膜厚度对凝结传热具有较大影响,且传热管管型影响着凝结液膜形成及排除。为了通过改变管型降低液膜厚度达到强化传热的目的,对圆管、椭圆管及滴形管等三种管型凝结液膜建立了相应的物理及数学模型,并计算了液膜沿管壁的厚度分布及传热系数;分析了三种管型对液膜传热的影响。结果表明:在气汽混合流体凝结传热过程中,不同管型其凝结液膜厚度差别较大;壁面温度和混合流体速度对液膜传热均有影响;相同条件下滴形管管壁上所形成的液膜,其平均厚度较薄,传热系数较高,因此滴形管传热性能优于其他管型。     

Tubular Type Heat Flux Meter for Monitoring Internal Scale Deposits in Large Steam Boilers

The deposition of scale on the inner surfaces of the water-wall tubes in the high heat flux regions in a steam boiler furnace can cause serious operation problems. In this paper, a numerical technique for determining the heat flux absorbed by the water-wall tubes, water-steam temperature, and thermal resistance on the inner tube surface from a temperature measured at several interior locations of the tube wall is developed. The scale deposition tube is capable of monitoring changes in the flow of heat transfer caused by scale depositions and changes due to varying furnace conditions. It can work for a long time in the destructive high-temperature atmosphere of a coal-fired boiler. The scale deposition monitor is an online plant monitoring system designed to improve the operation of steam boilers and enhance tube life.     

Experimental and numerical studies of liquid flow and heat transfer in microtubes

Experimental and numerical studies were conducted to reveal the flow and heat transfer characteristics of liquid laminar flow in microtubes. Both the smooth fused silica and rough stainless steel microtubes were used with the hydraulic diameters of 50–100 μm and 373–1570 μm, respectively. For the stainless steel tubes, the corresponding surface relative roughness was 2.4%, 1.4%, 0.95%. The experiment was conducted with deionized water at the Reynolds number from 20 to 2400. The experimental data revealed that the friction factor was well predicted with conventional theory for the smooth fused silica tubes. For the rough stainless steel tubes, the friction factor was higher than the prediction of the conventional theory, and increased as the surface relative roughness increased. The results also confirmed that the conventional friction prediction was valid for water flow through microtube with a relative surface roughness less than about 1.5%. The experimental results of local Nusselt number distribution along the axial direction of the stainless steel tubes do not accord with the conventional results when Reynolds number is low and the relative thickness of the tube wall is high. The numerical study reveals that the large ratio of wall thickness over tube diameter in low Reynolds number region causes significant axial heat conduction in the tube wall, leading to a non-linear distribution of the fluid temperature along the axial direction. The axial heat conduction effect is gradually weakened with the increase of Reynolds number and the decrease of the relative tube wall thickness and thus the local Nusselt number approaches the conventional theory prediction.     

Performance modelling of a parallel tube polymer absorber

Making use of radiation and convective heat transfer theory the efficiency of a collector fitted with an absorber consisting of spaced parallel tubes is modelled on a personal computer. The absorptance of the tubes for sunlight and the convection coefficient between the back insulation and the tubes are adjusted until agreement between experimentally determined values and calculated values are obtained. The effects of variables not tested experimentally are then investigated.Covering the top of the back insulation with a sufficiently thick metal film to make it isothermal, reduced the dependence of the efficiency on tube spacing from 0.834%/mm to 0.615%/mm for inter tube spacings between 4 mm and 12 mm. A collector with an absorber with an inter tube spacing of one tube diameter and with an isothermal back is only 5.2 percentage points less efficient than one with (twice as many) tubes touching one another at the sides.Efficiency is slightly dependent on wall thickness, decreasing from 64.5% for a 0.5 mm wall to 61.5% for a 3 mm wall. This is because the resistance of the hydrodynamic boundary layer forms a significant part of the total resistance to heat transfer. For outside diameters between 5 and 11 mm, efficiency varies by only 0.5 percentage points as long as the diameter/pitch ratio stays the same.For small scale unsophisticated manufacture, the absorber with spaced polymer tubes presents an attractive alternative to more conventional designs.     

换热表面结垢对U型管蒸汽发生器传热性能的影响分析

U型管蒸汽发生器的壳侧沉积了来自二回路系统中的腐蚀产物,结垢导致热量聚积在金属换热管上,容易造成垢下热点腐蚀,危害设备安全。为了明确结垢对蒸汽发生器传热性能的影响,本研究基于仿真平台APROS建立了U型管蒸汽发生器的分布式模型,并根据已公开论文中的数据进行了模型准确性验证;推导了污垢热阻与表面换热系数之间的关系式,分析了不同结垢厚度、位置对U型管蒸汽发生器换热区域的传热管壁面温度、流体温度、传热系数、热流密度等的影响程度。研究结果表明：随着结垢程度的加剧,蒸汽发生器的换热效率不断降低,出口蒸汽品质不断下降;结垢对沸腾段换热效率的影响比对过冷段换热效率的影响更大。     

工业供热中汽汽再热器换热强化数值研究

为了强化工业供热中的汽汽换热,本文通过CFD技术对不同类型换热管的流动及换热特性进行了研究。结果显示,光滑壁面时管壁两侧的高、低温蒸汽的温度梯度沿着流向逐渐变化,对流换热逐渐增强;相比于光滑管,采用内波节管和内螺纹波节管时,高温蒸汽侧的温度梯度增大,而低温蒸汽侧的壁面温度梯度明显增大;采用壁面异型结构能够改变管壁内温度梯度,采用内螺纹波节管尤甚。采用内波节管和内螺纹波节管的平均Nu数相比于光滑管显著提高,最大值分别提高了26%和30%。     

超临界机组的合金管蒸汽侧氧化膜生长与剥落研究进展

超临界机组高温合金管氧化膜剥落问题是困扰机组安全与经济运行的难题,严重制约了机组蒸汽参数和效率的提高。特别是,在超临界机组采用给水加氧处理方式(OT)后,奥氏体不锈钢管内壁氧化膜大面积剥落事故屡见不鲜,尤以TP347H合金管为甚。本文总结了近年来国内外针对超临界机组合金管氧化膜研究的进展及相关成果,首先介绍了超临界蒸汽环境中合金管氧化机理和原子迁移机制,综述了铁素体和奥氏体合金表面氧化膜的形貌特征,分析了蒸汽溶氧对氧化膜生长速率、形貌和缺陷的影响。氧化膜完整性是决定合金抗腐蚀性能的重要因素,但在机组运行过程中氧化膜应力破坏了氧化膜完整性。进一步总结了国内外氧化膜应力和剥落研究的数值分析及实验研究情况,为我国超临界机组氧化膜剥落故障诊断研究提供参考。