مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی و محاسباتی خرابی سوپرهیتر پلاتن یک نیروگاه 320مگاواتی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
علی‌اکبر شامی 1
سیدابراهیم موسوی‌ترشیزی 1
علی جهانگیری 2
1 گروه طراحی کاربردی، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
2 گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
چکیده
لوله‌های سوپرهیتر از بحرانی‌ترین اجزای بویلرهای نیروگاهی هستند. آنها به دلیل شرایط بهره‌برداری سخت (قرارگرفتن در دما و فشار بالا در طولانی‌مدت)، در معرض خرابی‌هایی مانند خزش و اورهیت‌شدن قرار دارند. بنابراین تشخیص علت این خرابی‌ها و جلوگیری از آنها بسیار مهم است. بررسی گزارش خرابی‌ها در یک نیروگاه ۳۲۰مگاواتی نشان می‌دهد که بیشتر گسیختگی لوله‌ها در یک ناحیه خاص در سوپرهیتر پلاتن (سوپرهیتر تشعشعی) متمرکز است. بررسی لوله‌های گسیخته‌شده نشان می‌دهد که دمای لوله‌ها در این منطقه بیشتر از دمای سایر نواحی لوله‌های سوپرهیتر پلاتن است. برای اثبات بالاتربودن دما در نقطه شکست از سه روش متالوگرافی، اندازه‌گیری ضخامت لایه اکسیدی داخل لوله و تحلیل حرارتی به روش دینامیک محاسباتی سیال استفاده شد. هر سه روش نتایج یکسانی را ارایه می‌کنند. نتایج بررسی‌ها این اختلاف دمای قابل توجه را تایید می‌کند و نشان می‌دهد که افزایش دمای موضعی در لوله‌های آسیب‌دیده ناشی از طول بیشتر این لوله‌ها است که منجر به کمترشدن دبی بخار عبوری از آنها از یک طرف و جذب حرارت بیشتر به دلیل بیشتربودن سطوح حرارتی آنها است.
کلیدواژه‌ها
بویلر
سوپرهیتر پلاتن
متالوگرافی
ضخامت لایه اکسیدی
تحلیل حرارتی

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental and Computational Investigation of Platen Superheater Failure in 320MW Power Plant

نویسندگان English

A.A. Shami 1
S.E. Moussavi Torshizi 1
A. Jahangiri 2
1 Applied Design Department, Mechanical Engineering & Energy Faculty, Shahid Beheshti University (SBU), Tehran, Iran
2 Energy Conversion Department, Mechanical Engineering & Energy Faculty, Shahid Beheshti University (SBU), Tehran, Iran
چکیده English

Superheater tubes are the most critical components of the power plant’s boiler. These tubes are subject to degradation such as creep and overheating, due to the hard operating conditions (exposure to high temperature and pressure for a long period). Therefore, it is important to diagnose and prevent these failures. The failure report in a 320-megawatt power plant indicates that most tube ruptures are concentrated in a particular region of the platen superheater (radiative superheater). The investigation of broken tubes shows that the temperature of the tubes in this area is higher than the other platen superheater’s regions. Three methods of metallography, oxide layer thickness measurement and thermal analysis using computational fluid dynamics were used to prove the existence of higher temperatures at the point of breakdown. All three methods provide the same results. The results of surveys confirm this significant temperature difference and show that the increase in the local temperature in the damaged tubes is due to the longer length of these tubes, which results in lower vapor mass flow rate, and absorb more heat due to the higher thermal surfaces of them.

کلیدواژه‌ها English

Boiler
Platen superheater
Metallography
Oxide layer’s thickness
thermal analysis
French DN. Metallurgical failures in fossil fired boilers. New York: Wiley; 1983. [Link]
Becker WT, Shipley RJ, editors. ASM handbook, failure analysis and prevention. 1st Edition. 11th Volume. Cleveland: ASM International; 2002. [Link]
Jones DR. Creep failures of overheated boiler, superheater and reformer tubes. Engineering Failure Analysis. 2004;11(6):873-893. [Link] [DOI:10.1016/j.engfailanal.2004.03.001]
Psyllaki PP, Pantazopoulos G, Lefakis H. Metallurgical evaluation of creep-failed superheater tubes. Engineering Failure Analysis. 2009;16(5):1420-1431. [Link] [DOI:10.1016/j.engfailanal.2008.09.012]
Begum Sh, Karim AN, Zamani AS, Shafii MA. Wall thinning and creep damage analysis in boiler tube and optimization of operating conditions. Journal of Mechatronics. 2013;1:1-6. [Link]
Viswanathan R, Stringer J. Failure mechanisms of high temperature components in power plants. Journal of Engineering Materials and Technology. 2000;122(3):246-255. [Link] [DOI:10.1115/1.482794]
Neves DL, Seixas JR, Tinoco EB, Rocha AD, Abud ID. Stress and integrity analysis of steam superheater tubes of a high pressure boiler. Materials Research. 2004;7(1):155-161. [Link] [DOI:10.1590/S1516-14392004000100021]
Othman H, Purbolaksono J, Ahmad B. Failure investigation on deformed superheater tubes. Engineering Failure Analysis. 2009;16(1):329-339. [Link] [DOI:10.1016/j.engfailanal.2008.05.023]
Purbolaksono J, Ahmad J, Khinani A, Ali AA, Rashid AZ. Failure case studies of SA213-T22 steel tubes of boiler through computer simulations. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2010;23(1):98-105. [Link] [DOI:10.1016/j.jlp.2009.06.005]
Al-Kayiem HH, Albarody TMB. Numerical investigation of superheater tube failure. WTT Transactions on Engineering Sciences. 2016;106:1-10. [Link] [DOI:10.2495/HT160011]
Pramanick AK, Das G, Das SK, Ghosh M. Failure investigation of super heater tubes of coal fired power plant. Case Studies in Engineering Failure Analysis. 2017;9:17-26. [Link] [DOI:10.1016/j.csefa.2017.06.001]
Movahedi-Rad A, Plasseyed SS, Attarian M. Failure analysis of superheater tube. Engineering Failure Analysis. 2015;48:94-104. [Link] [DOI:10.1016/j.engfailanal.2014.11.012]
Liang Z, Jin X, Zhao Q. Investigation of overheating of the final super-heater in a 660 MW power plant. Engineering Failure Analysis. 2014;45:59-64. [Link] [DOI:10.1016/j.engfailanal.2014.06.022]
Purbolaksono J, Ahmad J, Beng LC, Rashid AZ, Khinani A, Ali AA. Failure analysis on a primary superheater tube of a power plant. Engineering Failure Analysis. 2010;17(1):158-167. [Link] [DOI:10.1016/j.engfailanal.2009.04.017]
Dehnavi F, Eslami A, Ashrafizadeh F. A case study on failure of superheater tubes in an industrial power plant. Engineering Failure Analysis. 2017;80:368-377. [Link] [DOI:10.1016/j.engfailanal.2017.07.007]
Fetni S, Toumi A, Mkaouar I, Boubahri Ch, Briki J. Microstructure evolution and corrosion behaviour of an ASTM A213 T91 tube after long term creep exposure. Engineering Failure Analysis. 2017;79:575-591. [Link] [DOI:10.1016/j.engfailanal.2017.03.023]
Barsom JM, editor. Flaw growth and fracture. West Conshohocken: ASTM International; 1977. [Link] [DOI:10.1520/STP631-EB]
Concari S. Residual life assessment and microstructure. ECCC Recommendations. 2005;6(1):1-30. [Link]
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 20، شماره 2
بهمن 1398
صفحه 509-514