MeRSZ online
okoskönyvtár
Több száz tankönyv egy helyen.
Online. Bárhol. Bármikor.
Kazánok
2., javított kiadás
7.3. Folyamatos üzemirányítás
A 7.2.2.3. fejezetben bemutattuk, hogy a szerkezeti elemekben − az üzemidő során elvárt terhelési ciklusok biztonságos teljesíthetősége érdekében − csak korlátozott nagyságú változó feszültségek engedhetők meg. Miután az erőművi berendezések többségére változó üzemmód, esetenként napi indítás, leállítás jellemző, és ebből adódóan nagyszámú terhelési ciklus fordulhat elő, célszerű a változó feszültségek, illetve az ezek nagyságát befolyásoló paraméterek folyamatos ellenőrzése, a megengedhető korlátok túllépésének megakadályozása, az ennek veszélyére történő figyelmeztetés. Célszerű az üzemi események hatásának folyamatos értékelése is, segítséget nyújtva a biztonságos működés érdekében szükséges ellenőrzések, karbantartások időpontjának, tartalmának tervezéséhez.
Az adatgyűjtő, folyamatirányító számítógépek elterjedése előtt a megengedhető paraméterekre, nyomás-, hőmérséklet-változási sebességekre a kazángyártók a kezelési utasításokban csak diagramokat adtak meg. Ezek azonban a nagyobb teljesítményű berendezéseknél elégtelenek voltak, így megjelentek az analóg elemeket felhasználó kazánellenőrző készülékek, amelyek a még megengedhető legkisebb hőmérséklet-különbség alapján határozták meg a kazán teljesítményének növelésére, csökkentésére rendelkezésre álló „szabad” hőmérséklet, illetve a fejlettebb készülékeknél a „szabad” tüzelési, gőzteljesítmény tartományt [7.159], [7.160], [7.161]. E készülékek a szabad hőmérséklet-tartomány meghatározáshoz a belső nyomásból ébredő redukált feszültség és a falban ébredő hőfeszültség összegéből [7.159] vagy a belső, illetve külső alkotókon ébredő tangenciális főfeszültségekből indultak ki.
A számítógépek elterjedését követően az igények lényegesen változtak. A nagy teljesítményű kazánok folyamatirányító rendszereinek az üzemvitel kiszolgálása (gyors indítás, terhelésváltoztatás, leállítás, lehető legjobb hatásfok, kibocsátási határértékek betartása stb.) mellett a berendezések (kifáradás, kúszás miatti) elhasználódására jellemző paramétereket is szolgáltatni és gyűjteni kell. Az alapadatok gyűjtését az indokolja, hogy a későbbiekben esetleg fejlődő értékelési módszerek felhasználásával az elhasználódás újraértékelhető legyen. Igen nagy adatmennyiség megőrzését kell biztosítani, ezért már az alkalmazás korai szakaszában felvetődött a tárolandó adatmennyiség csökkentése az adatok „osztályokba” sorolásával [7.162], [7.163], [7.164], [7.165].
Mértékadó feszültségek: Az irodalomban ismertetett eljárások a megengedhető hőmérséklet-különbségek (hőmérséklet-változtatási sebességek), illetve a változó igénybevételekből adódó kifáradás számítására, a TRD 508 [8] előírásaival összhangban az esetleges köregyenlőtlenség, illetve a kerület menti hőmérséklet-különbség hatását elhanyagolva a tangenciális főfeszültségek ellenőrzésére kerültek kidolgozásra. A Dunamenti Hőerőmű 215 MW-os blokkjai megszakításos üzemének megalapozására végzett ellenőrző mérések [7.117] során azonban nyilvánvalóvá vált, hogy a kerület menti hőmérséklet-különbségből adódó járulékos feszültségek − a 7.34. ábrán bemutatott különféle üzemállapotok lehetőségét feltételezve − általánosan nem hanyagolhatók el. Ezért a folyamatirányítás során a furatperemeken kialakuló, tangenciális főfeszültségek ellenőrzése a (7.104) összefüggés alapján indokolt. Miután az üzemelő berendezéseken szerzett tapasztalatok alapján a tangenciális feszültségek mellett esetenként a furatperemeken ébredő axiális feszültségek is jelentősek lehetnek, a folyamatirányításnál a tangenciális
és az axiális
főfeszültség ellenőrzését is ajánlott elvégezni. Az előbbi kifejezésekben
|
a belső nyomásból (kéttengelyű feszültségállapot) a furatperemen axiális irányban ébredő feszültség feszültségkoncentrációs tényezője,
|
|
|
a hosszirányú hajlítónyomatékból (egytengelyű feszültségállapot, 7.24. ábra) a furatperemen tangenciális irányban ébredő feszültség feszültségkoncentrációs tényezője,
|
|
|
a hosszirányú hajlítónyomatékból a furatperemen axiális irányban ébredő feszültség feszültségkoncentrációs tényezője.
|
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_5907/#m713kaz_5907 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_5907/#m713kaz_5907)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_5907/#m713kaz_5907)
7.68. ábra . Mérések változó feszültségek meghatározásához
Elemi mérések: Az összefüggésekből látható, hogy a feszültségek ellenőrzéséhez a nyomás, a falvastagság menti és a kerület menti hőmérséklet-különbségek ismerete szükséges. A hagyományos megoldásoknál a falvastagság menti hőmérséklet-különbséget a belső és közepes alkotóra, a kerület menti hőmérséklet-különbséget rendszerint az alsó és felső közepes alkotóra elhelyezett hőmérővel mérik (7.68. ábra).
Hőmérséklet-korrekció: A gyakorlatban a hőmérők még a furatok gondos előkészítése esetén sem kerülnek a közepes alkotóra (7.30. ábra), illetve a belső alkotóra (a hengeres övek fala nem fúrható át, a belső falhőmérsékletet mérő hőmérő furata a belső faltól 3–5 mm-re végződik). Így a hőmérséklet mérése egy mérésekkel ellenőrizhető (a termoelemek méreteit is figyelembe vevő) , illetve (rendszerint a falvastagság felének megfelelő) sugáron történik (7.69. ábra).
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_5911/#m713kaz_5911 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_5911/#m713kaz_5911)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_5911/#m713kaz_5911)
7.69. ábra. A hőmérők elhelyezkedése
képlettel számítható [7.16]. A korrekciós tényező értéke a hőmérséklet-eloszlások jellegétől, valamint az a belső, illetve az a közepes falhőmérő elhelyezkedésére jellemző viszonyszámtól függ:
-
Kvázistacioner hőmérséklet-eloszlás esetén
-
Parabolikus hőmérséklet-eloszlás esetén
-
Logaritmikus hőmérséklet-eloszlás esetén
Kvázistacioner esetre, hengeres övre a mért értékek helyesbítésére a [7.170] közlemény
hőmérő-helyenkénti korrekciós tényező alkalmazását javasolja, amelyből az eredő korrekciós tényező a
kifejezéssel számítható. Az előbbi képletben
értékkel kell figyelembe venni.
A hőmérőket a lehető legközelebb kell beépíteni egymáshoz, mivel nagyobb távolság esetén a különbség a kerület- vagy hosszirányú hőmérséklet-eloszlástól is függ, így a ténylegestől lényegesen eltérő érték hibás eredményekre vezethet. Lényeges, hogy a hőmérők a lehető legnagyobb igénybevételű helyeket jellemző, legkedvezőtlenebb, hőmérséklet-változásoknak kitett helyen legyenek elhelyezve.
Hőmérsékletkülönbség-számítási eljárások: Gyorsan változó folyamatok esetén a két hőmérős, illetve az előbbiek szerint helyesbített, két hőmérős mérések nem adnak megbízható információt a tényleges falhőmérséklet-különbségről, mivel egyrészt a belső alkotó közelébe elhelyezett hőmérő csak késedelemmel követi a folyamatot, másrészt a falban a hőmérséklet-eloszlás gyakran nem kvázistacioner. Ezen túlmenően a nagyszámú mérőhely kialakítása, ellenőrzése, a mérési hibák csökkentésére a hőmérők „párba válogatása” jelentős ráfordítást igényel. Erre is tekintettel, a számítástechnika nyújtotta lehetőségeket kihasználva, több eljárást [7.170] dolgoztak ki a mérés, illetve számítás pontosságának javítására. Ezek közül néhányat kiemelve:
-
A [7.167] közleményben ismertetett módszernél a szerző a két hőmérőre illesztett másodfokú polinommal közelíti a falbeli hőmérséklet-eloszlást. Feltételezi a külső fal nagyon jó hőszigetelését (= 0). A belső falhőmérséklet számításához figyelembe veszi a közeghőmérsékletet és a hőátadási tényezőt is. Utóbbit a mért és számított hőmérsékletek minimalizálásával határozza meg. A cikk az eljárás Fortran nyelven írt programjának blokkvázlatát is közli.
-
A [7.166] közlemény a belső szál közelében lévő hőmérő által mért értékek felhasználásán alapuló módszert ismertet. A hőmérséklet hely- ( sajátléptékben) és időfüggését a hővezetési differenciálegyenlet parciális megoldásait jelentő
alakú függvénnyel közelíti. Az állandók meghatározása a kiinduláskor fennálló stacioner állapotban ismert falvastagság menti hőmérséklet-lefutás és az idő függvényében ismert időbeli, mért hőmérséklet-változás alapján lehetséges. A számítás során az eredeti stacioner hőmérséklet-lefutás helyébe a megelőző, számított hőmérséklet-lefutás lép. A folyamatosan változó hőmérséklet-lefutás ismeretében mind a belső, mind a közepes hőmérséklet folyamatos számítását javasolja, így a hőfeszültségek számításához szükséges hőmérséklet-különbség a számítások eredményeként áll elő.
-
A jól hőszigetelt (=0) külső felületen elhelyezett hőmérő által mért értékeken alapuló számítási eljárást ismertet [7.168]. Ez az eljárás is a hővezetés differenciálegyenletének előbbi, általános megoldásán alapul, az összefüggésben szereplő együtthatókat az
egyenlet megoldásával határozza meg, ahol az mátrix egyes elemeit a (7.199) képletben szereplő sorozat páros elemei adják. Az egyes elemeinek felírását és az előbbi mátrixegyenlet megoldását [7.170] is ismerteti. Az eljárás alkalmazása lehetővé teszi, utólag, a külső felületre beépített mérőhelyek segítségével, a hiányos rendszerek kiegészítését, tökéletesítését.
-
A [7.169] közleményben a szerző a hővezetés differenciálegyenletének megoldását a hőmérséklet-változás elemi, lineáris szakaszokra osztásával közelíti. A mértékadó hőmérséklet-különbség számítására a megelőző hőmérséklet-különbségből, a közeghőmérséklet és belső hőátadási tényező felhasználásával tesz javaslatot. Részletesen közli a számítási összefüggéseket. Hasonló, a hőmérséklet-változás lineárisan változó szakaszokra osztásán alapuló módszer a [7.170] közleményben is megtalálható.
-
A belső fal közelében elhelyezett hőmérőn alapuló számítási eljárás [7.171], a falat vastagságú, kellően vékony rétegekre osztva (7.70. ábra), az egyes rétegek hőmérlegét felírva, javasolja a hőmérséklet-eloszlás számítását. A hővezetés
differenciálegyenletét
figyelembevételével oldja meg.
átrendezve
differenciahányadossal helyettesítve az előbbi összefüggés átalakítható
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_5953/#m713kaz_5953 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_5953/#m713kaz_5953)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_5953/#m713kaz_5953)
7.70. ábra. A fal rétegekre osztása
A (7.204) összefüggés alkalmazásával az egyes rétegekben a kiindulási hőmérséklet-eloszlásból és a két peremfeltételből a hőmérsékletek kiszámíthatók. Az eljárás általánosítható, így síklapra és gömbre is alkalmazható. Ez esetben
Az irodalomban (például [7.172]) rossz külső hőszigetelésre, tetszőleges alakra is találhatók numerikus eljárások.
-
A közeghőmérsékletből kiinduló számítást javasol [7.173] is. Miután a hőmérőzsákokban elhelyezett hőmérőkkel mért hőmérséklet nem azonos a tényleges közeghőmérséklettel, a pontosság javítására a következő lépéseket ajánlja:
-
a hőmérőzsák külső hőmérsékletének meghatározása,
-
a tényleges közeghőmérséklet meghatározása,
-
a pillanatnyi hőátadási tényező meghatározása a fal és a közeg között,
-
hőmérséklet-eloszlás számítása a falban.
-
A hőmérőzsák, valamint a szerkezeti elem belső felülete, illetve a közeg közötti hőáram a
összefüggésből adódik. A hőátadási tényezőt a közegparaméterek, az áramlási sebesség (áramlási forma) és a hőátadás módja (közeg folyadék-, gőzfázisban, kondenzáció, elgőzölgés stb.) figyelembevételével kell megállapítani. A számítás a [7.171]-ben ismertetett eljáráshoz hasonlóan a falvastagság rétegekre osztásával történik, ez esetben azonban a rétegek vastagsága szabadon választható oly módon, hogy a belső és külső réteg vastagsága fele legyen. A közlemény alapján ~5 mm vastagságú rétegek választása célszerű. Ez még elegendő pontosságot biztosít a számítási időigény lényeges megnövelése nélkül. Miután kis áramlási sebességeknél a közegáram csak pontatlanul mérhető, [7.174] a hőmérőzsákban mért hőmérséklet alapján javasolja a közegoldali hőátadási tényező számítását. A módszer azon alapul, hogy a hőáramsűrűség az egymás utáni mérések között csak alig változik.
Az előbbiek alapján megállapítható, hogy több, a minimális mérési igény ellenére, kellő pontosságot biztosító számítási eljárás áll rendelkezésre a közepes hőmérséklet-különbség, illetve a közepes falhőmérséklet meghatározására. Miután az eljárásoknál a közepes hőmérsékletet a számított hőmérséklet-eloszlásból numerikus integrálással határozzák meg, az üzemi folyamat jellegének nincs befolyása a számítás pontosságára.
Csővezetékek egyszerűsített számítása: Gőzvezetékeknél a belső falhőmérő helyett célszerűbb a közeghőmérséklet figyelembevétele a falvastagság menti hőmérséklet-különbségből adódó hőfeszültség számításához. A (7.67/a), (7.68/a) és (7.72/b) összefüggések felhasználásával (hengeres övekre, kvázistacioner esetre) levezethető [7.16], hogy
Az előbbi képletben
ahol
Hőlökés: Hőlökés esetén a belső alkotón ébredő feszültség, a közepes alkotó és a hőlökést okozó közeg hőmérséklete alapján, a (7.71/c) képlet átalakításával számítható. A tápvíz kazándobba vezetésének esetére például
ahol
|
a Bi-számtól függő együttható (7.31. ábra), a szokásos dobanyagok, = 7000 W/m2K (a gyakorlatban megfigyelt hőmérséklet-eltérésekből adódóan forrás következik be a dobfalon) hőátadási tényező feltételezésével = 0,65 értékre választható, vagy a tényleges jellemzők ismeretében számítható,
|
|
|
legnagyobb vízoldali közepes hőmérséklet [°C],
|
|
|
a dobba bevezetett víz hőmérséklete [°C].
|
A (7.71/d) összefüggés alkalmazható gőzvezetékekre is. Hideg gőzvezetékek esetén azonban a bevezetett gőz kondenzálódik a csőfalon, így a hőfeszültséget nem a gőzhőmérsékletből, hanem az adott helyen lévő nyomáshoz tartozó telítési hőmérsékletből kiindulva, a kondenzációra jellemző hőátadási tényező figyelembevételével célszerű számítani.
Az előbbi képletben
A ciklushatárok megállapítása: A folyamatirányítás során figyelembe veendő ciklushatárok a tervezett (alaperőműi, menetrendtartó, csúcs) üzemmenethez tartozó ciklusszámokból, a 7.2.2.3. fejezetben ismertetett eljárásokkal számíthatók. A tényleges ciklushatároknál − a (7.94), (7.95) képletek alapján − a magnetitréteg épsége szempontjából megengedett korlátokat is figyelembe kell venni. Példaként a 7.71. ábrán bemutatjuk egy WB35 jelű anyagból készült, 186 bar engedélyezési nyomású, 1700 mm külső átmérőjű, 105 mm falvastagságú kazándob, 2000 hideg indítás (a nyomás a névleges nyomás 40 százaléka alá csökken) alapulvételével számított ciklushatárait. A terhelési esettől függően a (7.88) vagy a (7.91/a) képlettel számítható megengedett feszültségamplitúdó 687,41 N/mm2, amelyből a (7.92) képlet alapján, tangenciális irányban, szimmetrikus ciklusra ( = 1) –99,87 N/mm2 alsó és 587,54 N/mm2 felső ciklushatár adódik. A belső nyomásból kialakuló (egyensúlyi állapotban ébredő) csúcsfeszültség 487,67 N/mm2. Ehhez viszonyítva kell ellenőrizni a magnetitréteg épsége szempontjából megengedhető határértékeket. A vázolt esetben a kiadódó határfeszültségek (–112,33, illetve 687,67 N/mm2) nagyobbak az indítások tervezett száma alapján kiadódott előbbi ciklushatároknál, így a folyamatirányítás szempontjából azokat kell mértékadónak tekinteni. Más a helyzet axiális irányban. A tervezett indítások szempontjából megengedhető felső ciklushatár (381,49 N/mm2) nagyobb lenne a magnetitréteg leválásának megelőzése szempontjából megengedett 275,58 N/mm2 értéknél, így a folyamatirányítás algoritmusában az utóbbit kell felső korlátként figyelembe venni.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_5989/#m713kaz_5989 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_5989/#m713kaz_5989)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_5989/#m713kaz_5989)
7.71. ábra. A ciklushatárok megállapítása
A felfűtési idő becslése: A (7.193/a) összefüggés átrendezésével (a kerület menti hőmérséklet-különbség hatását kifejező tagot elhagyva) kifejezhető a szerkezeti elem falában az alsó ciklushatár figyelembevételével megengedhető belső hőmérséklet-különbség, illetve kvázistacioner állapotra vonatkozó hőmérséklet-változási sebesség:
A legkisebb megengedhető értékek, mint arra a 7.2.2.3. fejezetben a (7.98) képlettel, illetve a 7.35. ábrával kapcsolatban utaltunk, az indulás, leállás kezdetén vannak. Kazándob esetében − kvázistacioner állapotot feltételezve − a 100 °C-ra való felmelegítés is csak a legkisebb sebességgel lenne végezhető (7.72. ábra felső diagramja). Miután a felfűtés kezdetén a hőmérséklet-változás még nem kvázistacioner, a közeghőmérséklet a kezdeti szakaszban ugrásszerűen is növelhető [7.175], [7.176]. A kezdeti, gyorsabb hőmérséklet-növelés számítására a (7.69), illetve (7.73) képletekkel bevezetett és időállandók felhasználásával [7.113]-ban, [7.170]-ben találhatók közelítő összefüggések. Folyamatirányításnál történt gyakorlati alkalmazásra [7.183] mutat példát. A gőzfejlődés megindulását követően növekvő megengedett sebességek maximális kihasználásával a kazán „minimális” felfűtési ideje is kiszámítható (7.72. ábra alsó diagramja). Az így számított értékek azonban csak közelítőnek tekinthetők, hiszen a felfűtési sebesség folyamatos változását megengedve, nem a 7.28. ábrán vázolt kvázistacioner, hanem egyre gyorsuló felmelegedés történik. Pontosabb eredmények a falbeli hőmérséklet-eloszlás előbbiekben ismertetett numerikus módszerek szerinti közelítésével vagy véges elemes számítások alapján [7.176] végzett iterációval nyerhetők.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_5995/#m713kaz_5995 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_5995/#m713kaz_5995)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_5995/#m713kaz_5995)
7.72. ábra. Az alsó ciklushatár figyelembevételével megengedett elméleti hőmérséklet-változási sebesség, felfűtési idő
Rendellenességek a kazándoboknál: A folyamatirányítás tervezéséhez – a működő berendezéseken szerzett tapasztalatok feldolgozásával – nem nélkülözhető annak elemzése, hogy milyen, élettartamot befolyásoló üzemi események fordulhatnak elő. A 7.34. ábrához kapcsolódóan már vázoltuk a vízzel töltött, vízszintes tengelyű hengeres edényeknél a kerület menti hőmérséklet-különbség változásából adódó hatásokat. Ezeken túlmenően is sok esemény befolyásolhatja a kazándobokban ébredő járulékos feszültségeket, ezek eloszlását. A teljesség igénye nélkül néhány üzemi megfigyelés:
-
A kazándob közepe, jobb, bal oldala között lényeges hőmérséklet-eltérések lehetnek, melyik elgőzölögtető felület hova van bekötve, melyik égőt indítják először, melyik fal melegszik, hűl jobban.
-
A tüzelés leállítását (gőzfejlődés megszűnését, gőzbuborékok összeesését) követően a vízszint leesik.
-
A dob leürülését követően a dobtér hőszigetelésétől függően eltérés lehet a dob közepének és szélső síkjainak lehűlésében. A legnagyobb falhőmérséklet a dob gőzterében, középen marad vissza.
-
Vízzel való feltöltésnél a hőmérséklet-változás nem egyenletes, az egyenlőtlenség a tápvízbevezetés becsatlakozásától, a tápsín kialakításától függ.
-
Leállást követően a leürült kazándob hidegebb tápvízzel való feltöltésénél gyors, de nem lökésszerű hőmérséklet-csökkenés jelentkezik, a víztérben az axiális húzófeszültség általában túllépi a magnetitréteg épsége szempontjából megengedett feszültséget.
-
Hőlökés hideg kazándob meleg (gáztalanítóból érkező) tápvízzel való feltöltése esetén is bekövetkezhet.
-
A belső falhőmérséklet a hidegebb vízzel való feltöltés időszakát kivéve (még a csúszó paraméteres nyomáscsökkentés esetén is) melegebb lehet a közepes falhőmérsékletnél, ami azt bizonyítja, hogy a falbeli hőmérséklet-különbség számítási eljárással történő meghatározására kidolgozott algoritmusok alapfeltételezése (külső felületen = 0) általánosan nem érvényesül.
-
A gőzfejlődés megindulásakor, illetve gyors felfűtés esetén a víztérben gyakran a megengedett alsó ciklushatárt túllépő tangenciális nyomófeszültség alakul ki.
-
Gyors felfűtés esetén a vízszint feletti furatperemeken ébredő axiális feszültség megközelíti a megengedett ciklushatárt.
-
Meleg, forró indításnál a forrcsövekből visszaérkező hidegebb víz fröcskölése a dob falában helyi lehűlést (telítésinél alacsonyabb falhőmérsékletet) okozhat.
-
Forrcsőszakadás vagy a dob más okból történő leürülése esetén a nyomás gyorsan csökkenhet, miközben a dobfal hőmérséklete csak lassan csökken a leürülés előtti telítési hőmérsékletről. Ilyen esetben az aktuális telítési hőmérsékletnél melegebb (telítési nyomásnál nagyobb nyomású) vizet a dobba bevezetve (a dobot után táplálva) az azonnal expandálna, telítési hőmérsékletre hűlve hőlökésszerűen csökkentené az érintkező felületrészek hőmérsékletét.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_5999/#m713kaz_5999 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_5999/#m713kaz_5999)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_5999/#m713kaz_5999)
7.73. ábra. A kazándob-ellenőrzés blokkvázlata
A kazándobok ellenőrzése: Az előbbiekben összefoglalt üzemi tapasztalatok alapján kialakított [7.16], a kazándobok jellemző, a várható meghibásodások szempontjából veszélyeztetettnek tekinthető, jellemző pontjaiban ébredő változó feszültségek alakulását ellenőrző, ezek alapján a kezelők munkáját támogató eljárás blokkvázlatát a 7.73. ábra mutatja. A vázolt eljárás:
-
A vízzel való feltöltés előtt ellenőrzi, hogy megfelelő-e a töltővíz hőmérséklete.
-
Feltöltés, felfűtés, normál üzem, leállás, lehűlés közben ellenőrzi, hogy a dob jellemző pontjain a tangenciális és az axiális főfeszültségek hogyan aránylanak a megengedett értékekhez.
-
Az előbbi, jellemző pontokra végzett ellenőrzések eredményei közül kiválasztja a legkedvezőtlenebb értéket. A százalékos érték és hely kijelzése mellett a kezelők tevékenységét elősegítő üzenetek is megjeleníthetők.
-
Az egyes jellemző pontokban ébredő feszültségek lefutásának elemzésével felismeri a terhelési ciklusokat, elvégzi ezek összegzését.
A számítások, és az esetleges utasításokban szereplő számértékek meghatározása az előzőekben ismertetett összefüggésekkel, azoknak a számítások gyorsítása érdekében végzett egyszerűsítésével történik. A mértékadó hőmérséklet-különbségek a hőmérők által mért értékek beépítési hely, folyamat jellege szerinti helyesbítésével vagy az előbbi numerikus módszerek alkalmazásával is számíthatók. Az anyagjellemzőket tartalmazó együtthatók (például: , , ) meghatározása a kellő pontosságot biztosító másod-, harmadfokú polinomokkal [7.119] lehetséges.
A terhelési ciklusok felismerése, összegzése: A biztonságos működéshez szükséges felülvizsgálatok időpontjának, terjedelmének meghatározásához a jelenlegi gyakorlatban csaknem általánosan alkalmazott „állapotfüggő” karbantartás esetén rendszeresen értékelni kell az üzemi igénybevételek hatását. Ez lehetséges az elemzésekhez szükséges alapadatok tömörített formában való gyűjtésével [7.162, 7.163, 7.164, 7.165] vagy a változó feszültségek üzem közbeni figyelése alapján, a terhelési ciklusok folyamatos felismerésével, hatásuk összegzésével. Az összegzés alapját a Miner–Palmgren-féle, lineárisan halmozódó károsodások elmélete adja [7.119], [8], [7.188]. Eszerint a váltakozó (kis ciklusú) igénybevételre a kimerülési fok (kihasználási tényező, terheléskollekció):
ahol
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_6008/#m713kaz_6008 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_6008/#m713kaz_6008)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_6008/#m713kaz_6008)
7.74. ábra. A terhelési ciklusok megválasztása [8]
Az eljárások kidolgozásánál a legnagyobb nehézséget a terhelési ciklusok egyértelmű felismerése, megkülönböztetése jelenti. Elméletileg akkor lehet terhelési ciklusról beszélni, ha a terhelésváltozás során bekövetkező feszültség-alakváltozás lefutása a nyúlás-feszültség diagramban zárt hiszterézis-görbét (7.11. ábra) ad. A valóságban azonban mindig adódnak olyan ciklusok is, amelyek nem záródnak. Erre is tekintettel, a számítások egységesítése, összehasonlíthatósága érdekében került kidolgozásra a VdTÜV-Merkblatt Dampfkessel 451-87/1, (Ausg. 05.87) szabályozás [8], illetve a vízcsöves kazánokra vonatkozó EN 12952-4 szabványban részletezett előírás [7.188]. A mértékadó eredmények szempontjából lényeges a ciklusok kezdőpontjának megválasztása. A 7.74. ábrán vázolt példánál [8] egy idealizált hideg indítást rendszeresen egy idealizált meleg indítás követ. Az A változat szerinti (pontok közötti) ciklusválasztásnál az első ciklus amplitúdója kisebb, a második ciklus amplitúdója nagyobb, mint a B változatnál. Mivel az kihasználási tényező értékén a nagyobb amplitúdójú ciklusok többet rontanak, mint amit a kisebb amplitúdójú ciklusok javítanak, a B változat szerinti ciklushatár-választásnál összességében nagyobb kihasználásitényező-változás számítható.
A hivatkozott megállapodás szerint, a széleskörűen elterjedt − angol elnevezések alapján − range-pair, illetve az ebből kifejlesztett rain-flow eljárásoknál a zárt ciklusokat a 7.75. ábrán megadott logikai művelet eredményeként kell kiválasztani. A ciklus amplitúdójának előbbiekben vázolt hatásából adódóan a számításnál elsőként a, szélsőértékek közötti nagy ciklusokat kell figyelembe venni. Ezt követheti a maradék ciklusok számítása. A szerző által − még a hivatkozott megállapodást megelőzően − hasonló megfontolások alapján kidolgozott eljárást, amely a nagyobb „fő” ciklusokon belül több kisebb ciklus megkülönböztetésére és figyelembevételére képes, a blokkvázlatok, számítási algoritmusok megadásával [7.16] ismerteti.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_6012/#m713kaz_6012 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_6012/#m713kaz_6012)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_6012/#m713kaz_6012)
7.75. ábra. A terhelési ciklusok minősítése [8]
A kifáradási fok számításánál értékének megállapítására minden esetben biztonsági tényezővel kerül sor. Ennek nagyságát = 3–10 közé, általában = 5-re választják, így az az ellenőrzési pontok helyes megválasztása esetén a várható repedésekkel szemben kellő tartalékot tartalmaz. Ugyanakkor tudatában kell lenni annak, hogy a megengedhető értékek be nem tartása, az élettartam szempontjából megengedhető hőmérséklet-különbségek rendszeres túllépése lényegesen csökkentheti a szerkezeti elem élettartamát.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_6015/#m713kaz_6015 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_6015/#m713kaz_6015)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_6015/#m713kaz_6015)
7.76. ábra. A hőmérséklet-különbség hatása az élettartamra
A megengedhető ciklushatárokkal kapcsolatban hivatkozott kazándobnál a belső hőmérséklet-különbség ~19 °C-ról 25 °C-ra növelése (a gyorsabb indítások, leállások érdekében) megfelezheti a várható repedésmentes élettartamot (7.76. ábra).
Rendellenességek a túlhevítő kamráknál, gőzvezetékeknél: A túlhevítő kamrák, gőzvezetékek folyamatirányításának tervezésénél a következő üzemi tapasztalatokat célszerű mérlegelni:
-
A túlhevítőkben, gőzvezetékekben üzemszerűen egyfázisú közeg áramlik, de indítás, felfűtés, lehűlés során víz jelenléte is lehetséges. Erre a berendezések indítása, leállítása alatt mindig számítani kell, mivel:
-
Hideg indítás során a csőkígyókból kilépő gőz környezeti hőmérsékletű kamrafallal találkozik, így részben vagy teljesen lekondenzálódik. A falat az ütközés környezetében (a belépőcsonkokkal szemközti oldalon) gyorsan telítési hőmérsékletre, illetve afölé melegíti, miközben a belépőcsonkok környezetében a hőmérséklet csak sokkal lassabban nő. Ebből adódóan mind a falvastagság, mind a kerület menti hőmérséklet-különbségek hatására jelentős hőfeszültségek alakulhatnak ki, és az eredő feszültség meghaladhatja a megengedett értékeket [7.117]. A folyamat kezelői beavatkozással nem befolyásolható.
-
Hasonló jelenség forró vagy meleg indításnál is előfordulhat. Ugyanis a füstgázhuzamokon a kéményhuzat hatására átáramló hideg levegő (még lezárt levegő- és füstgázcsappantyúk esetén is) viszonylag gyorsan lekondenzáltatja a csőkígyókban visszamaradt gőzt, illetve a dob nyomáscsökkenéséből adódó kigőzölgés következtében a kondenzálódó gőz helyére beáramló utánpótlást. Így a csőkígyók, akár teljesen is, az állásidő alatt csökkenő nyomáshoz tartozó telítési hőmérsékletnél kisebb hőmérsékletű vízzel telnek fel, miközben a kamrák, összekötő csővezetékek hőmérséklete csak a hőszigetelés jóságától, a hővezetés mértékétől függően csökken. Újraindításnál a csövekből kilökődő, hidegebb víz ugrásszerű hőmérséklet-csökkenést idéz elő a kamrák, csatlakozó csővezetékek belső felületén.
-
A kamrákon elhelyezett víztelenítések a folyadékfázis kamrafalnak ütközését nem tudják megakadályozni, csak hatását mérsékelni.
-
-
Elvizesedés a befecskendezések üzembe vételénél is előfordulhat. A befecskendezőkön bejutó aránytalanul nagy mennyiségű víz a fűtőfelületeket és az utánuk következő kamrákat még védőcsövek alkalmazása esetén is eláztathatja. Több párhuzamos ágra osztott túlhevítő elrendezés esetén az eláztatott szakasz nagyobb áramlási ellenállása a gőz részbeni elterelését eredményezheti, ami növelheti a párhuzamos ágak közötti hőmérsékleti anomáliákat.
-
Túlhevítő kamráknál a mérési eredmények alapján kvázistacioner üzemállapot soha nem áll fenn [7.117]. Emiatt a hőmérséklet-változási sebesség figyelembevétele helyett a korrigált falhőmérséklet-különbség mérése célszerű.
-
Gőzvezetékeknél a belső falhőmérsékletet a közeghőmérsékletekből célszerű meghatározni, mivel a belső falhőmérő esetenként csak nagy késedelemmel tudná követni a folyamatot.
-
A gőzvezetékek felfűtésének megkezdésekor a lekondenzálódott víz a cső alsó alkotóján folyik a víztelenítési hely felé, miközben hőmérséklete fokozatosan csökken, ezért a hőlökés mellett jelentős nagyságú kerület menti hőmérséklet-különbségek is kialakulhatnak. Kis gőzmennyiség esetén a csőnek csak egy kezdeti szakasza kezd el melegedni, ezen a részen (amíg a teljes gőzmennyiség lekondenzálódik) a felső alkotó lesz melegebb, a víztelenítésig tartó további szakaszon az alsó alkotó. Kis gőzáramok esetén a csövek víztelenítésnél mélyebben fekvő alsó részén a folyadékréteg tartósan is megmaradhat, és akár 200 °C nagyságú hőmérséklet-különbség is kialakulhat a felső és alsó alkotók között [7.179]. A (7.193/a), (7.194/a) képletek alapján történő számítással csak az adott üzemi esemény eredménye állapítható meg. Célszerűbb a gőzvezetékek vonalvezetését gondosan ellenőrizni, az esetleges „vízzsákok” kialakulását megelőzni és a fal hőmérsékletének ismeretében előre meghatározni, hogy milyen nyomásnál, milyen gőzmennyiséggel kell a vezeték felfűtését megkezdeni.
Túlhevítő kamrák, gőzvezetékek ellenőrzése: A túlhevítőkben, gőzvezetékekben ébredő váltakozó feszültségek ellenőrzésére alkalmas számítási eljárás egyszerűsített blokkvázlatát a 7.77. ábra mutatja:
-
A számítás a mérési adatok ellenőrzött szelvényenkénti beolvasásával, a mért értékek hihetőségének ellenőrzésével, a beépítési hely figyelembevételével elvégzett korrekciójával kezdődik. A hihetőség-ellenőrzés a mérőeszközök esetleges meghibásodása miatt szükséges, és más mért értékekkel történő összehasonlítással történik.
-
A következő lépésben a belső nyomásból hatására kialakuló feszültségek kerülnek kiszámításra.
-
Megtörténik az esetleges kondenzáció lehetőségének vizsgálata, a kondenzáció esetén várható járulékos feszültségek becslése.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_6022/#m713kaz_6022 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_6022/#m713kaz_6022)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_6022/#m713kaz_6022)
7.77. ábra. A túlhevítő kamra, a gőzvezeték ellenőrzésének blokkvázlata
-
A következő lépésben a mért és a helyesbített hőmérsékletértékek alapján a falvastagság, illetve a kerület menti hőmérséklet-különbségekből adódó hőfeszültségek kiszámítására kerül sor. A falvastagság menti hőmérséklet-különbségek számítása mind a belső falhőmérsékletből, mind a közeghőmérsékletből megtörténik. Utóbbi esetben a hőátadási tényező számítására a közeg paraméterei és áramlási sebessége alapján kerül sor. Minden ellenőrzési hely esetében kiválasztásra kerül a legkedvezőtlenebb érték.
-
Az ellenőrzési helyenkénti értékek (tangenciális feszültségek alsó és felső alkotókon lévő furatperemeken, valamint axiális feszültségek alsó és felső alkotókon lévő furatperemeken) összehasonlításra kerülnek a megengedett ciklushatárokkal; kiválasztásra és a kezelők számára összefoglaló információt nyújtó megjelenítési formában kijelzésre kerül a legnagyobb arányú érték. (Egyoldali furatperemek esetén csak a furatperemeket tartalmazó alkotókra kerülnek számításra.)
-
Amennyiben valamelyik feszültség túllépi a ciklushatárt, a kezelők üzenetet, illetve a túllépés megszüntetését elősegítő utasítást is kapnak.
-
Lezárt ciklusok esetén ellenőrzésre kerül, hogy indokolt-e a ciklushatárok esetleges módosítása. Mint a ciklushatárok megállapításával (7.71. ábrával) kapcsolatban arra utaltunk, a ciklushatárokat a berendezések várható üzemi viszonyainak részletes ismerete hiányában célszerű = 1 érték felvételével szimmetrikusra választani. Amennyiben az üzemi tapasztalatok alapján az egyes ellenőrzési pontokon a ciklusok nem szimmetrikusan helyezkednek el, célszerű a megengedett változó feszültségamplitúdó (és a magnetitréteg épsége szempontjából megengedett korlátok) figyelembevételével a ciklushatárok számított szimmetriapont szerinti eltolása. A szerző által javasolt eljárás [7.16] ezt a kiindulási ciklushatárok beszámításával, a ténylegesen előfordult szélsőértékek súlyozásával végzi. Így a ciklushatárok egyre inkább a tényleges üzemi igénybevételeket tükrözik.
-
Az eljárásnak ciklusonként minden ellenőrzött szelvényre, ellenőrzési pontra le kell futni.
A mérési helyek, ellenőrizendő pontok száma: A szerző tapasztalatai alapján belépő, kilépő kamránként legalább két szelvény ellenőrzése célszerű, gőzvezetékeknél befecskendezési helyeket, elzáró szerelvényeket követően, mélypontokon indokolt ellenőrzési helyek kialakítása. Négy túlhevítő és két újrahevítő fokozatot feltételezve, kazánonként 24 szelvény, a párhuzamos főgőz-, újrahevítő hideg, meleg ági vezetékeket, vezetékenként három szelvénnyel számítva 18 szelvény adódik. Ezekhez jön még a kazándob, vízleválasztó ellenőrzése. A [7.16]-ban összefoglalt − kihasználási fokokat számító, ciklushatárokat módosító − eljárásnál egyetlen vizsgált helyen keletkező feszültség nyomon követésére 6 állandó és 23 változó paraméter szükséges. Így – még a falmenti hőmérséklet-különbségeknek a mért falhőmérséklet-értékek alapján történő figyelembevétele esetén is – a folyamatellenőrzés megvalósításához nagy teljesítményű számítógépekre van szükség.
képlettel történhet, ahol
Miután a tartamszilárdsági jellemzők egy ±20 százalékos tűrésmező középértékeként kerülnek meghatározásra, értékét a tűrésmező alsó határvonalán, az anyaglapokon, táblázatokban, diagramokban megadott, szilárdsági számításokhoz felhasználható tartamszilárdság-értékek 80 százalékához kell kiszámítani. Az élettartam számítása történhet:
-
A táblázati alappontok közötti iterációval.
összefüggést alkalmaz, ahol
alakú összefüggést javasolt, amely 10 000 < < 100 000 üzemóra között ±3 százalék pontosságú. Néhány szokásos korábbi anyagféleségre az állandókat a 7.28. táblázat tartalmazza. Az állandók meghatározására [7.16] mutat be eljárást.
7.28. táblázat [7.180]
|
|
Hőmérséklet
(°C)
|
||||||
|
St 35.8, St 45.8
|
400–500
|
242
|
–1,497
|
0,176
|
1,502
|
450
|
300
|
|
15 Mo 3
|
470–530
|
525
|
–1,923
|
0,160
|
1,370
|
500
|
379
|
|
13 CrMo 44
|
460–560
|
760
|
–2,086
|
0,131
|
3,506
|
510
|
107
|
|
10 CrMo 910
|
470–580
|
520
|
–1,934
|
0,1015
|
1,625
|
530
|
321
|
|
14 MoV 63
|
370–560
|
810
|
–2,064
|
0,1110
|
3,119
|
520
|
30
|
|
15.128.9
|
500–600
|
1600
|
–2,6208
|
0,060
|
4,327
|
525
|
–375
|
|
X20 CrMoV 121
|
480–600
|
750
|
–1,833
|
0,0965
|
4,476
|
540
|
–93
|
|
X8 CrNiNb 1613
|
580–700
|
620
|
–2,362
|
0,0936
|
6,195
|
640
|
–679
|
Eredő kihasználási tényező: A szerkezeti elemek elhasználódását a kis ciklusú kifáradás és a kúszás együttesen befolyásolják. A kétféle igénybevétel-típus hatását együttesen figyelembe vevő, eredő kihasználási tényező a (7.212) képlettel számítható változó igénybevételek miatti elhasználódásból számítható és az üzemidő miatti elhasználódást jellemző, (7.213) képlettel számítható összegeként adódik [8], [7.188].
Az egyes kihasználási tényezők gyakorlati felhasználhatóságára a következő fejezetben térünk ki.
Automatikus (vezérelt) indítás, leállítás: Az előbbi alapelvekből kiindulva, a berendezések dinamikai tulajdonságainak megismerésével és a nagyteljesítményű számítógépek által kínált lehetőségek felhasználásával kidolgozott számítási eljárások, a fejezet elején említett kazánellenőrző készülékektől eltérően, ténylegesen lehetővé teszik a szerkezeti elemek elhasználódási, öregedési folyamatainak megelőzését, nyomon követését. Jó minőségű, homogén tüzelőanyagok esetén megbízhatóan, pontosan működő, a szükséges és várható közegáramokhoz jól megválasztott beavatkozó szerelvényekkel, mérőeszközökkel a berendezések automatikus indítására is mód van. A mai, gyors indítási, terhelésváltoztatási igények a megengedhető feszültségtartományok teljes kihasználása nélkül nem is lennének teljesíthetők. Ugyanakkor nem szabad elfelejteni, hogy a túl-igénybevételek egy részét még a legjobb konstrukciós kialakítás, száraz (túlhevítők feltöltése nélküli) indítás, gondos odafigyelés sem tudja megakadályozni. Így a folyamatirányító, elhasználódás-ellenőrző eljárások az üzemi tapasztalatok alapján rendszeres korszerűsítést igényelhetnek.
Tartalomjegyzék
- Kazánok
- Impresszum
- Előszó a második kiadáshoz
- Bevezetés
- 1. Kazánok általános jellemzői
- 2. Kazántípusok általános ismerte
- 3. Kétfázisú hőátadás, áramlás fűtött felületen
- 3.1. A gőzképződés alapvető folyamatai [3.1]
- 3.2. Forrás végtelen térben [3.1]
- 3.3. Hőátadás és gőzfejlesztés csőben
- 3.4. A kétfázisú közeg áramlásának alapjai
- 3.1. A gőzképződés alapvető folyamatai [3.1]
- 4. Vízoldali folyamatok, vízelőkészítés, gőztisztaság
- 5. Hőtechnikai számítások
- 6. Füstgázoldali folyamatok, légtechnikai számítások
- 7. Gőzkazánok elemeinek szilárdsági számítása
- 8. A gőzkazánok üzemeltetése
- Függelék
- 1. függelék
- 2. függelék
- 3. függelék
- 4. függelék
- 5. függelék
- Szerkezeti anyagok
- a) Szerkezeti anyagok összetétele
- b) Hagyományos lemezanyagok folyáshatára [7.63]
- c) Növelt szilárdságú lemezanyagok folyáshatára [7.63]
- d) Jellemző dobanyagok tartamszilárdsága [7.63]
- e) Kamrák lemezanyagainak tartamszilárdsága [7.63]
- f) Rozsdamentes lemezanyagok folyáshatára [7.65]
- g) Rozsdamentes lemezanyagok tartamszilárdsága [7.65]
- h) Ötvözetlen, gyengén ötvözött csőanyagok folyáshatára [7.70]
- i) Ötvözetlen, gyengén ötvözött csőanyagok tartamszilárdsága [7.70]
- j) Hagyományos csőanyagok folyáshatára [7.70]
- k) Hagyományos csőanyagok tartamszilárdsága [7.70]
- l) Növelt szilárdságú csőanyagok folyáshatára [7.70]
- m) Növelt szilárdságú csőanyagok tartamszilárdsága [7.70]
- n) Rozsdamentes csőanyagok folyáshatára [7.71]
- o) Rozsdamentes csőanyagok tartamszilárdsága [7.71]
- p) Korszerű anyagok folyáshatára [7.30], [7.74, 7.75, 7.76], [7.79, 7.80], [7.83]
- q) Korszerű anyagok tartamszilárdsága [7.25], [7.74, 7.75], [7.79, 7.80, 7.81, 7.82, 7.83]
- a) Szerkezeti anyagok összetétele
- Szerkezeti anyagok
- Irodalom
Kiadó: Akadémiai Kiadó
Online megjelenés éve: 2020
ISBN: 978 963 454 492 0
Háztartásokban, ipari üzemekben, erőművekben széleskörűen alkalmaznak tüzelőanyag elégetésével vagy más módon bevezetett hőmennyiség hőhordozó közeggel történő hasznosítására szolgáló berendezéseket: kazánokat. A könyv ezek tervezésének, üzemeltetésének, vizsgálatának szerteágazó konstrukciós, hőtechnikai, áramlástani, szilárdságtani, vegyészeti és más ismereteit foglalja össze, az egyetemi oktatásban és a gyakorlati életben is hasznosítható módon. Az elméletet élő gyakorlattal ötvözve elsősorban erőműi, ipari, távhőszolgáltató kazánokkal foglalkozik, de a folyamatokra, szerkezeti kialakításra, gyakorlati viselkedésre vonatkozó utalások kisebb berendezéseknél is alkalmazhatók.
Hivatkozás: https://mersz.hu/gerse-kazanok//
BibTeXEndNoteMendeleyZotero
gomb segítségével választhatsz, hogy fejezetről fejezetre lapozva vagy inkább folyamatosan görgetve olvasnád-e a könyvet.
