RU2724135C2 - Method for determination of residual life of thermal enclosures of high-temperature units - Google Patents
Method for determination of residual life of thermal enclosures of high-temperature units Download PDFInfo
- Publication number
- RU2724135C2 RU2724135C2 RU2017123900A RU2017123900A RU2724135C2 RU 2724135 C2 RU2724135 C2 RU 2724135C2 RU 2017123900 A RU2017123900 A RU 2017123900A RU 2017123900 A RU2017123900 A RU 2017123900A RU 2724135 C2 RU2724135 C2 RU 2724135C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compression
- temperature
- reliability
- residual life
- formula
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/72—Investigating presence of flaws
Abstract
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике, а в частности к определению остаточного ресурса тепловых ограждений высокотемпературных агрегатов.The invention relates to a power system, and in particular to determining the residual life of thermal fencing of high-temperature units.
Известен способ оценки остаточного ресурса трубчатых печей нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств [ДиОР-05 «Методика оценки остаточного ресурса трубчатых печей нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств» ОАО «ВНИКТИнефтехимоборудования», г. Волгоград, 2006, - 87 стр.] в котором прогнозирование ресурса остаточной работоспособности деталей и узлов печи базируется на результатах обследования ее технического состояния, исследовании механических свойств, химического состава, структуры металла, причин коррозии, эрозии и расчетов на прочность.A known method for assessing the residual life of tube furnaces of oil refining, petrochemical and chemical industries [DiOR-05 "Methodology for assessing the residual life of tube furnaces of oil refining, petrochemical and chemical industries" OJSC "VNIKTIneftekhimoborudovaniya", Volgograd, 2006, 87 pp.] In which forecasting The resource of residual performance of parts and assemblies of the furnace is based on the results of an examination of its technical condition, investigation of mechanical properties, chemical composition, metal structure, causes of corrosion, erosion, and strength calculations.
Недостатком этого способа является необходимость остановки печи для оценки остаточного ресурса: ее осмотра, проведении толщинометрии, оценке геометрической формы основных несущих элементов печи, замерах твердости и др.The disadvantage of this method is the need to stop the furnace to assess the residual life: its inspection, thickness gauge, evaluation of the geometric shape of the main load-bearing elements of the furnace, hardness measurements, etc.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения остаточного ресурса тепломеханического оборудования ядерных энергетических установок, в котором определяют износ и старение сосудов давления на основе составления математической модели "нагрузка - несущая способность", где в качестве нагрузки принято внутреннее давление, а в качестве несущей способности - толщина стенок сосудов давления [Патент 2126955 РФ, МПК G01D 21/00. Способ определения остаточного ресурса тепломеханического оборудования ядерных энергетических установок].The closest technical solution, selected as a prototype, is a method for determining the residual life of the thermomechanical equipment of nuclear power plants, in which wear and aging of pressure vessels are determined based on the mathematical model "load - bearing capacity", where the internal pressure is taken as the load, and as the bearing capacity is the wall thickness of the pressure vessels [Patent 2126955 RF, IPC G01D 21/00. A method for determining the residual life of thermomechanical equipment of nuclear power plants].
Недостатком этого способа является отсутствие в используемой математической модели влияния температурных напряжений, возникающих в стенках.The disadvantage of this method is the absence in the used mathematical model of the influence of temperature stresses arising in the walls.
Технический результат предлагаемого изобретения - получение данных об остаточном ресурсе тепловых ограждений высокотемпературных агрегатов в процессе работы и использование этих величин при их эксплуатации.The technical result of the invention is to obtain data on the residual life of thermal fencing of high-temperature units during operation and the use of these values during their operation.
Это достигается тем, что в способе определения остаточного ресурса тепловых ограждений высокотемпературных агрегатов используют в качестве показателей надежности - критерии надежности по прочности как для сжатия, так и для расширения, определяемые по формуле:This is achieved by the fact that in the method for determining the residual life of thermal fencing of high-temperature units, reliability criteria are used as reliability indicators - reliability criteria for strength both for compression and expansion, determined by the formula:
где ΣNсж - сумма значения суммарных показателей сжатия, определяемых по формуле:where ΣN SJ - the amount of value totals compression, defined by the formula:
Nсж=σсж⋅(z+1),N cr = σ cr ⋅ (z + 1),
где z - коэффициент, учитывающий длины зон сжатия и растяжения, в которых температурные напряжения, превышают допустимые, σсж - возникающие напряжения в зоне сжатия,where z is a coefficient that takes into account the lengths of the compression and tension zones, in which the temperature stresses exceed the permissible ones, σ squ are the stresses arising in the compression zone,
ΣNсж доп - сумма значения суммарных показателей сжатия в той же точке в тот же момент времени, находится аналогично ΣNсж, но при значении σсж равном пределу прочности материала, а остаточный ресурс nост определяют по формуле:ΣN additional compression channel - the sum values of the total compression rates at the same point at the same time, is similarly ΣN compression channel, but at a value equal to the limit σ compression channel material strength, and the remaining service life ost n is given by:
где ΣNсж.ср. - среднеарифметическое значение суммарных показателей сжатия за один цикл; n - количество циклов высокотемпературного агрегата, прошедших на данный момент после замены футеровки, причем расчет критерия надежности по прочности и остаточный ресурс для расширения определяют по аналогичным формулам.where ΣN compression - the arithmetic mean of the total compression indicators for one cycle; n is the number of cycles of the high-temperature unit that have passed at the moment after the lining has been replaced, and the calculation of the reliability criterion for strength and the residual life for expansion are determined by similar formulas.
При этом определение остаточного ресурса ведут постоянно во время работы энергетического агрегата.In this case, the determination of the residual resource is carried out continuously during the operation of the energy unit.
Остаточный ресурс тепловых ограждений высокотемпературных агрегатов, при эксплуатации которых толщина теплового ограждения не изменяется, зависит от ряда факторов, в том числе от значения величин температурных напряжений, превышающих допустимые и их числа с момента начала работы энергетического агрегата. Действие остальных факторов - агрессивного действия среды, качества применяемых материалов и проводимых работ, уровень вибрации и др. можно принять постоянными для данного агрегата при неизменных условиях работы.The residual life of thermal fencing of high-temperature units, during operation of which the thickness of the thermal fencing does not change, depends on a number of factors, including the value of temperature stresses that exceed the allowable ones and their numbers from the moment the power unit began to operate. The action of other factors - the aggressive action of the environment, the quality of the materials used and the work performed, the vibration level, etc. can be assumed constant for this unit under unchanged working conditions.
Работа способа заключается в следующем.The work of the method is as follows.
Любым известным способом находят распределение температур (например, Инновационный патент №30372 Республика Казахстан, МПК G01K 13/00 опубл. 15.09.2015, бюл. №9).The temperature distribution is found by any known method (for example, Innovative patent No. 30372 Republic of Kazakhstan, IPC G01K 13/00 publ. September 15, 2015, bull. No. 9).
Далее находят возникающие напряжения в зоне растяжения σр и сжатия σс по формуле:Then, the emerging stresses are found in the tensile zone σ p and compression σ s according to the formula:
где α - коэффициент теплового расширения, (1/°C);where α is the coefficient of thermal expansion, (1 / ° C);
Тср - средняя температура огнеупорного слоя, °C;T cf - the average temperature of the refractory layer, ° C;
Ti - температура точки, в которой производится расчет температурного напряжения, °C;T i is the temperature of the point at which the temperature stress is calculated, ° C;
Е - модуль упругости материала, МПаE - modulus of elasticity of the material, MPa
ν - коэффициент Пуассона.ν is the Poisson's ratio.
Находят два показателя: суммарный показатель сжатия (Nсж) и суммарный показатель растяжения (Npac) следующим образом. Для расчета этих показателей используют только значения температурного напряжения σрас (растяжения) или σсж (сжатия) которые превышают значение предела прочности для данного вида огнеупорного материала.Find two indicators: the total compression ratio (N cr ) and the total tensile index (N pac ) as follows. To calculate these parameters using only the values of thermal stress σ races (stretching) or a compression channel σ (compression) that exceed the ultimate strength value for this type of refractory material.
Для учета длин зон сжатия и растяжения, в которых температурные напряжения, превышают допустимые, введем коэффициент, учитывающий эти длины. Под длиной зоны сжатия будем понимать расстояние между двумя соседними точками, в которых определяются напряжения при условии, что в этих двух точках напряжения сжатия превышают допустимые. То есть, если напряжения сжатия на данном шаге по времени превышают допустимые в трех точках, то z=2. Формула для расчета суммарного критерия сжатия (Nсж) на данном шаге по времени (например, для времени 1:40) будет выглядеть следующим образом:To take into account the lengths of the compression and tension zones, in which the temperature stresses exceed the permissible ones, we introduce a coefficient taking these lengths into account. By the length of the compression zone we mean the distance between two neighboring points at which stresses are determined, provided that at these two points the compression stresses exceed the permissible ones. That is, if the compression stresses at this time step exceed the permissible values at three points, then z = 2. The formula for calculating the total compression criterion (N sr ) at this time step (for example, for a time of 1:40) will look like this:
где z - количество зон сжатия, в которых температурные напряжения, превышают допустимые.where z is the number of compression zones in which temperature stresses exceed permissible.
Аналогичная формула используется для напряжений растяжения. Далее суммируем все полученные значения суммарных показателей (отдельно для сжатия и растяжения) для всех шагов по времени. Эта сумма при расчете для всей рабочей кампании агрегата является предельным суммарным показателем сжатия (ΣNсж) и предельным суммарным показателем растяжения (ΣNpac). Данные суммарные показатели учитывают только напряжения, превышающие предел прочности и ведущие к разрушению ограждающих конструкций.A similar formula is used for tensile stresses. Next, we summarize all the obtained values of the total indicators (separately for compression and stretching) for all time steps. This amount in the calculation for the entire working unit of the campaign is the ultimate measure of the total compression (ΣN SJ) and the ultimate tensile summary measure (ΣN pac). These total indicators take into account only stresses exceeding the tensile strength and leading to the destruction of building envelopes.
Для введения критериев остаточного ресурса введем понятие суммарных допустимых показателей, которые будут учитывать напряжения, возникающие в момент времени и в точках, где в действительности напряжения превышают допустимые. Только при расчете суммарных допустимых показателей вместо реальных значений напряжений подставляем значения предела прочности материала. Например, в момент времени 0:40 в точке возникает температурное напряжение 113 МПа (при значении предела прочности 40 МПа), которое мы учитываем для подсчета суммарного показателя. Для подсчета суммарных допустимых показателей необходимо учитывать значение напряжения в той же точке в тот же момент времени, но при значении 40 МПа.To introduce criteria for the residual life, we introduce the concept of total allowable indicators that will take into account stresses that occur at a time and at points where, in reality, the stresses exceed the permissible ones. Only when calculating the total allowable indicators, instead of the real stress values, we substitute the values of the tensile strength of the material. For example, at a time of 0:40, a temperature stress of 113 MPa occurs at a point (with a tensile strength of 40 MPa), which we take into account to calculate the total indicator. To calculate the total allowable indicators, it is necessary to take into account the voltage value at the same point at the same time, but at a value of 40 MPa.
Если разделить полученные суммарные показатели на суммарные допустимые, то получим критерий надежности по прочности (например, для сжатия):If we divide the resulting total indicators by the total allowable, then we obtain a reliability criterion for strength (for example, for compression):
При этом шаг по времени и координате в определении напряжений будет определять точность расчета критериев надежности. Для оценки остаточного ресурса необходимо также рассчитать два среднеарифметических значения суммарных показателей за один цикл (для сжатия - ΣNсж ср; для растяжения - ΣNрас ср).In this case, the time and coordinate step in determining the stresses will determine the accuracy of the calculation of reliability criteria. To estimate the residual life, it is also necessary to calculate two arithmetic mean values of the total indicators for one cycle (for compression - ΣN sr cf ; for stretching - ΣN sr sr ).
Полученные критерии остаточного ресурса будут определять остаточный ресурс для последующих рабочих кампаний этого агрегата при неизменных условиях работы агрегата и использовании одинаковых материалов, толщин слоев и др. То есть, после очередного капитального ремонта производится измерение температур, подсчет температурных напряжений (σрас и σсж), суммарных показателей и критериев надежности по прочности. Обязательным является условие использования для этих расчетов того же шага по времени, что был выбран для расчета критериев остаточного ресурса.The obtained criteria of the residual resource will determine the residual resource for subsequent work campaigns of this unit under the same operating conditions of the unit and the use of the same materials, layer thicknesses, etc. That is, after the next major overhaul, temperature measurements are taken, temperature stresses are calculated (σ races and σ cr ) , total indicators and reliability criteria for strength. A prerequisite is the use of the same time step for these calculations that was chosen to calculate the criteria for the residual resource.
После первого цикла работы агрегата имеем два значения: Nсж1 и Nрас1. После второго и последующих циклов производим сложение имеющихся суммарных показателей с вновь полученными для цикла n и получаем суммарные показатели после цикла n (ΣNсж n и ΣNpac n). При этом для каждого следующего цикла n оцениваем возможность его безаварийной эксплуатации путем прибавления к имеющейся сумме ΣNсж n и ΣNpac n значений ΣNсж ср и ΣNpac ср соответственно. Если полученные значения будут больше предельных суммарных показателей сжатия (ΣNсж) или образцовых суммарных показателей растяжения (ΣNр), то использовать агрегат в очередном цикле нерационально.After the first cycle of the unit, we have two values: N sr1 and N ras1 . After the second and subsequent cycles adds the totals available with the newly obtained for the cycle n and obtain the totals after a cycle n (ΣN compression channel n and ΣN pac n). Moreover, for each next cycle n, we evaluate the possibility of its trouble-free operation by adding to the sum ΣN cr n and ΣN pac n the values of ΣN cr cf and ΣN pac cf, respectively. If the obtained values are greater than the limiting totals compression (ΣN SJ) or exemplary totals stretching (ΣN p), then use the machine in the next cycle irrationally.
Критерии показывают следующее: если при эксплуатации высокотемпературного агрегата критерий для сжатия kсж и критерий для расширения kрас превышают полученные значения, то высокотемпературный агрегат необходимо выводить в ремонт. Если в течение рабочей кампании k > 1, то эксплуатация высокотемпературного агрегата ведется с напряжениями, превышающими допустимый предел, если же k < 1, то возникающие напряжения не превышают предел прочности используемых материалов.Show the following criteria: if a high temperature operation test unit to compress compression channels k and k criterion for expanding races exceed the values obtained, it is necessary to output high-temperature unit to be repaired. If during the working campaign k> 1, then the operation of the high-temperature unit is carried out with voltages exceeding the allowable limit, if k <1, then the resulting stresses do not exceed the tensile strength of the materials used.
Остаточный же ресурс nост (в количествах циклов) можно оценить по следующей формуле:The remaining resource n ost (in the number of cycles) can be estimated by the following formula:
ПРИМЕРEXAMPLE
В процессе разогрева сталеразливочного ковша были получены значения температурных напряжений, при этом в процессе разогрева выделяются два периода времени, температурные напряжения растяжения в которых превышают допустимые: (0 ч 20 м - 2 ч 10 м; 5 ч 10 м - 7 ч 30 м); напряжения сжатия: (0 ч 30 м - 0 ч 50 м; 5 ч 20 м - 8 ч 10 м).During the heating of the steel pouring ladle, the values of temperature stresses were obtained, while during the heating process two periods of time are distinguished, the temperature tensile stresses in which exceed the permissible ones: (0 h 20 m - 2 h 10 m; 5 h 10 m - 7 h 30 m) ; compression stress: (0 h 30 m - 0 h 50 m; 5 h 20 m - 8 h 10 m).
Теперь, имея значения реальных температурных напряжений, возникающих в процессе разогрева футеровки сталеразливочного ковша с учетом шага по координате и времени можно произвести расчет критериев остаточного ресурса. Приведем следующие данные: при определении температурных напряжений с шагом по времени 10 минут и, разбив толщину огнеупорного слоя футеровки на шесть участков, при приведенном графике разогрева получаем значения предельных суммарных показателей за один цикл для сжатия - ΣNсж ср=6951,215; для растяжения ΣNpac ср=8516,46. Снимая показания температур для эксплуатационного периода сталеразливочного ковша в целом (до капитального ремонта) на протяжении 40 циклов и рассчитав суммарные показатели, получаем следующие данные: для сжатия ΣNсж=279883,314; для растяжения ΣNpac=342826,321. Рассчитанные критерии надежности по прочности составляют: для сжатия kсж=2,17; для расширения kрас=1,91.Now, having the values of the real temperature stresses arising during the heating of the lining of the steel pouring ladle taking into account the step in coordinate and time, it is possible to calculate the criteria for the residual life. Here are the following data: when determining temperature stresses in time steps of 10 minutes and dividing the thickness of the refractory layer of the lining into six sections, with the above heating schedule, we obtain the values of the ultimate summary indicators for one cycle for compression - ΣN sr cf = 6951.215; for tension ΣN pac cf = 8516.46. Removing the temperature readings for the maintenance period ladle in general (overhaul) for 40 cycles, and calculating totals, we get the following: compression ΣN SJ = 279,883.314; for tension, ΣN pac = 342826.321. The calculated reliability criteria for strength are: for compression k sr = 2.17; for expansion k races = 1.91.
Технико-экономическая эффективность внедрения предлагаемого технического решения - получение данных об остаточном ресурсе тепловых ограждений высокотемпературных агрегатов в процессе работы и использование этих величин при их эксплуатации.Technical and economic efficiency of the implementation of the proposed technical solution is to obtain data on the residual resource of thermal fencing of high-temperature units during operation and the use of these values during their operation.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017123900A RU2724135C2 (en) | 2017-07-05 | 2017-07-05 | Method for determination of residual life of thermal enclosures of high-temperature units |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017123900A RU2724135C2 (en) | 2017-07-05 | 2017-07-05 | Method for determination of residual life of thermal enclosures of high-temperature units |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017123900A RU2017123900A (en) | 2019-01-10 |
RU2017123900A3 RU2017123900A3 (en) | 2020-02-27 |
RU2724135C2 true RU2724135C2 (en) | 2020-06-22 |
Family
ID=64977390
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017123900A RU2724135C2 (en) | 2017-07-05 | 2017-07-05 | Method for determination of residual life of thermal enclosures of high-temperature units |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2724135C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2773869C1 (en) * | 2021-07-12 | 2022-06-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | Method for assessing the residual life of setting, taking into account operating conditions |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4151438A (en) * | 1977-08-17 | 1979-04-24 | The United States Of America As Represented By United States Department Of Energy | Distributed electrical leads for thermionic converter |
RU2238535C2 (en) * | 2002-11-18 | 2004-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Севергазпром" | Method of determining resistance of material to damaging |
RU2366936C2 (en) * | 2007-03-23 | 2009-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экологическое предприятие ЭКОСИ" | Method for diagnostics of operational condition of tuyer or dangerous zone of pyrometallurgical plant |
RU2428682C1 (en) * | 2010-03-12 | 2011-09-10 | Олег Николаевич Будадин | Method for thermal nondestructive inspection of thermal-technical state of long, non-uniform and hard-to-reach objects |
-
2017
- 2017-07-05 RU RU2017123900A patent/RU2724135C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4151438A (en) * | 1977-08-17 | 1979-04-24 | The United States Of America As Represented By United States Department Of Energy | Distributed electrical leads for thermionic converter |
RU2238535C2 (en) * | 2002-11-18 | 2004-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Севергазпром" | Method of determining resistance of material to damaging |
RU2366936C2 (en) * | 2007-03-23 | 2009-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экологическое предприятие ЭКОСИ" | Method for diagnostics of operational condition of tuyer or dangerous zone of pyrometallurgical plant |
RU2428682C1 (en) * | 2010-03-12 | 2011-09-10 | Олег Николаевич Будадин | Method for thermal nondestructive inspection of thermal-technical state of long, non-uniform and hard-to-reach objects |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2773869C1 (en) * | 2021-07-12 | 2022-06-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | Method for assessing the residual life of setting, taking into account operating conditions |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017123900A (en) | 2019-01-10 |
RU2017123900A3 (en) | 2020-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Banaszkiewicz | Multilevel approach to lifetime assessment of steam turbines | |
Fatemi et al. | Multiaxial fatigue: An overview and some approximation models for life estimation | |
Ranawaka et al. | Distortional buckling tests of cold-formed steel compression members at elevated temperatures | |
Narasimhachary et al. | Crack growth behavior of 9Cr− 1Mo (P91) steel under creep–fatigue conditions | |
Risitano et al. | Cumulative damage evaluation in multiple cycle fatigue tests taking into account energy parameters | |
FI96994C (en) | Device for calculating the crack length of conductive sensors | |
Songbo et al. | Effects of the corrosion pitting parameters on the mechanical properties of corroded steel | |
Sun et al. | A multi-scale damage model for fatigue accumulation due to short cracks nucleation and growth | |
Singh et al. | The needs of understanding stochastic fatigue failure for the automobile crankshaft: A review | |
Erami et al. | Creep constitutive equations for as-received 9Cr1Mo steel | |
RU2724135C2 (en) | Method for determination of residual life of thermal enclosures of high-temperature units | |
Sawada et al. | Analysis of long-term creep curves by constitutive equations | |
KR100305723B1 (en) | Method for Automatic Life Assessment of Mechanical Equipments under Complex Loads Using Strain | |
JP6582753B2 (en) | Life prediction method for heat-resistant steel | |
JP2010203812A (en) | Method for evaluating life time of high strength ferritic steel | |
Liu et al. | Fatigue life prediction of semi-elliptical surface crack in 14MnNbq bridge steel | |
Hyde et al. | Application of the Liu and Murakami damage model for creep crack growth predictions in power plant steels | |
Salman et al. | Determination of correlation functions of the oxide scale growth and the temperature increase | |
Mach et al. | Assessment of Long Term Creep Using Strain Rate Matching From the Stepped Isostress Method | |
Humphries et al. | The effect of repeated loadings on the stress relaxation properties of 2.25 Cr–1Mo steel at 550° C and the influence on the Feltham ‘a’and ‘b’parameters | |
JP2014142304A (en) | Life evaluation method for austenite stainless steel | |
JPH0254514B2 (en) | ||
Paton et al. | Advances in the fatigue assessment of wire ropes | |
KR20100033794A (en) | Turbine life assessment method using portable hardness tester | |
JP6523816B2 (en) | Life evaluation method of structure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200614 |