1鍋爐高溫部件壽命的計算

　　考慮鍋爐高溫金屬管子的壽命時， 應用材料持久強度的概念： 持久強度是材料在給定的溫度下， 經過規定的時間發生破裂的應力。持久強度是隨時間的推移下降的。

　　計算鍋爐高溫金屬管子應力的公式如下：本文鍋爐管子的應力計算按薄壁圓筒的應力計算公式進行。計算時應當考慮管子使用時的溫度變化， 應力按鍋爐額定壓力下的應力計算， 這樣做可使計算簡化， 但比較保守。為了符合實際， 用一個修正系數 K P， K P考慮了鍋爐管子的供貨狀況、制造、運行等不利因素的影響。

　　應力計算公式：= K P PD 2S（ 1）

　　式中P? 管子中工質的壓力， M Pa D ? 管子的平均直徑， mm S ?管子的壁厚， mm由于鍋爐高溫金屬管子在運行中要受到內外腐蝕和管子外部的磨損， 因而管子壁厚有所減薄，可用下面的公式計算管子的實際薄厚：S = S b - S w - S n - S m（ 2）

　　式中S b? 最初管子的壁厚S w? 由于外部腐蝕管子減少的壁厚S n? 由于內部腐蝕管子減少的壁厚S m?由于飛灰磨損管子減少的壁厚

　　1. 1由于內外部腐蝕管子減少壁厚的求法

　　對于由于鍋爐管子金屬在煙氣中和高溫蒸汽中的腐蝕而減少其壁厚的求法， 筆者采用了《機電工程金屬材料手冊》中規定的方法。對于計算實例中過熱器和再熱器所用的鋼材 12Cr1M oV 在蒸汽中和煙氣中氧化參數的計算公式如下：

　　P 1 = 14590 T 1 - lg（ 3）P 2 = 16990 T 2 - lg（ 4）

　　式中P 1? 鍋爐高溫金屬管子內表面的氧化參數P 2? 鍋爐高溫金屬管子外表面的氧化參數T 1? 管子的內表面溫度， K T 2? 管子的外表面溫度， K?運行時間， h

　　根據參考文獻中的氧化參數圖， 腐蝕失重的計算公式如下：

　　lgq 1 = 1 + K 1 P 1（ 5）lgq 2 = 2 + K 2 P 2（ 6）

　　式中q 1?? 由于內部腐蝕管子內表面的失重q 2?? 由于外部腐蝕管子外表面的失重1?? 參數圖中的系數，1 = 4. 0896 K 1?? 參數圖中的系數， K 1 = - 0. 3806 1?? 參數圖中的系數，2 = 7. 5767 K 2?? 參數圖中的系數， K 1 = - 0. 5421

　　在求出管子表面失重后， 利用下式可以分別求出管子壁厚的減薄量

　　S n和S w S n = 10 M q 1和 S w = 10 M q 2（ 7）

　　1. 2由于煙氣的飛灰磨損管子的壁厚減薄的求法

　　由于煙氣中飛灰對管子外壁磨損使鍋爐壁面減薄可以利用下面的公式

　　求得S m = A（ 8）

　　式中A ?? 公式中的系數， A = 5. 0 × 1 - 3?? 運行的時間， h

　　1. 3鍋爐高溫金屬管子材料的持久強度的計算

　　隨著鍋爐運行時間的延長， 其高溫金屬管子材料的持久強度是要下降的， 而且持久強度下降和材料的使用溫度有關， 使用溫度越高其下降速度越快。各種鋼材都有其持久強度與使用溫度、使用時間的函數關系， 常見的有 Larson-Miller 參數式， 其形式如下：

　　T （ C + lg ） = P（ ）（ 9）

　　式中T ?? 鋼材的使用溫度， K C?? 鋼材常數? 鋼材的斷裂時間P（ ） ? 鋼材的熱強參數， 其中為使用應力查閱有關參考文獻， 找到 12Cr1MoV 的由試驗數據整理而來的 C 值以及 P（ ） 的關系式：

　　P（ ） = C 0 + C 1 lg + C 2 lg 2 + C 3 lg 3（ 10）

　　其中C 0 = 31326. 6471 C 1 = - 7392. 5601 C 2 = 7554. 0785 C 3 = - 4224. 2146鋼材常數 C = 23

　　1. 4鋼材壽命的計算方法

　　由于疲勞和蠕變同時影響鋼材的壽命， 利用下式計算鋼材的壽命= K∑n j= 1 j rj≤ 1（ 11）

　　式中K ??考慮疲勞與蠕變同時作用的系數，根據經驗取 K= 1. 2 j??在 j 參數下部件的運行時間rj??在 j 參數下部件的蠕變斷裂時間具體計算方法如下：（ 1） 首先假設一個較短的時間間隔， 例如100h， 即式（ 11） 中的j；（ 2） 根據部件運行積累的時間， 前一步管子金屬的溫度計算出管子金屬由于腐蝕和磨損管壁減薄的壁厚， 進而求出管子殘余的壁厚和管壁減薄后管壁金屬的溫度；（ 3） 根據管子內部蒸汽的壓力求出管子管壁承受的壓力；（ 4） 用管子的應力、管子金屬的溫度代入式（ 10） 和式（ 9） 中， 求出當時的壽命；（ 5） 把求出的壽命作為rj代入式（ 11） ， 如果比值j/r j的累加值小于 1， 重復上述步驟進行計算， 并且積累運行時間； 如果比值的累加值大于或等于 1， 計算結束， 此時的運行積累時間就是管子的壽命。

　　2計算實例

　　作者以唐山陡河電廠的 HG670/ 140-9 型鍋爐作為計算實例， 在鍋爐的高溫過熱器熱段上選擇了計算點。管子的壁溫計算采用參考文獻的方法， 熱力計算數據利用哈爾濱鍋爐廠的原始數據。計算的計算點管子的外壁溫度為598°C，內壁溫度為 595°C.計算壽命為 12480h， 按每天 24h， 每年 365 天計算， 管子的壽命為 14 年多。應當指出， 由于原設計的熱力計算方法是蘇聯1957 年頒布的鍋爐熱力計算標準方法， 不適宜200MW鍋爐機組， 因而， 影響了管子的壽命計算結果。