EN
Жоғары температуралық құйма құбырлар қазіргі заманғы электр энергиясы өндіруде неге маңызды?
Бу параметрлерінің өсуі және материалдардың бұзылуымен байланысты қиыншылықтар
Бүгінгі электр энергиясын өндіру қондырғылары 30 мегапаскальдан жоғары қысымда 600-650 градус Цельсий температурасында булы будың қазандықтарын пайдалану арқылы өз жұмыс өнімділігін арттырады. Бұл қатаң жағдайлар отынды көміртек болатынан жасалған құбырлар жүйесіне үлкен зиянын тигізеді, себебі олар тотығу әсері мен ішкі құрылымдарындағы өзгерістерден тез бұзыла бастайды. Дәл осы жерде хром-молибден қоспалары маңызды рөл атқарады. Бұл ерекше материалдар негізінен хром (III) оксидден тұратын қорғанышты тотық қабатын құрып, уақыт өте келе өздігінен қалпына келтіреді. Мысалы, P91 болатында шамамен 8-9,5 пайыз хром бар және ол 600 градус Цельсий температурада үздіксіз жұмыс істеуге шыдайды, ал қарапайым көміртекті болат мұның бәрін күшті бұзылу мен беріктік қасиеттерін жоғалтпай орындай алмайды. Салалық деректер көрсеткендей, электр станциялары бұндай арнайы қоспаларды пайдаланбаған кезде турбиналармен байланысты шамамен 30 пайызға көп сәйкессіз жоспарланбаған жөндеу жұмыстары пайда болады, бұл әрине жұмыс шығындары мен тоқтауларға бірден әсер етеді.
Негізгі істен шығу түрлері: Ползучесть, тотығу және жылулық шаршау
Жоғары температураға төзімді құймалар электр станцияларының қолжетімділігі мен қауіпсіздігін бұзуы мүмкін болатын үш байланысты істен шығу механизмін болдырмауға мүмкіндік береді:
- Ползучесть деформациясы : Тұрақты кернеу мен температураның әсерінен құбыр қабырғалары біртіндеп жұқиды. ASME B31.1-2023 деректері бойынша P92 сияқты ванадий мен азотпен байытылған маркалар ескі материалдармен салыстырғанда ұзақ мерзімді ползучесть жылдамдығын 60% дейін төмендетеді.
- Оксидация : Бу құбыр бетімен әрекеттесіп, қабырғаның жылдам жоғалуына ықпал ететін сынғыш, күйдірілген қабаттар түзеді. Хромға бай құймалар біркелкі CrO кедергілерін түзіп, материалдың жоғалуын 80%-ға дейін азайтады.
- Термиялық шару : Циклді қыздыру мен суыту пайдалы отын көздерінде (CSP) және иілу орындарында микросыңқырлар пайда болуына әкеледі. Никель негізіндегі құймалар — Inconel 625-ті қосқанда — концентрлік күн энергиясының (CSP) қолданылуында 10 000-нан астам жылу циклі кезінде төзімділігі дәлелденген.
Бұл режимдерден туындайтын шектелмеген істен шығулар Понемон институтының мәліметі бойынша электр станциялары үшін күніне 740 000 долларға дейінгі жоспарланбаған тоқтап қалуларға әкеледі.
Хроммоли құймалары (P11–P92): Беріктік, құны және сенімділіктің тепе-теңдігі
P22-ден P91/P92-ге дейінгі эволюция: 600–650°C температурада серпімділік беріктігін арттыру
Жылулық пайдалы әсер коэффициентін арттыру мақсатында будың температурасы көтерілгенде, 2,25% хром мен 1% молибден бар дәстүрлі P22 болаты 565°C шамасында шектеулі болады. Осы нүктеде оның кернеуді шыдай алу қабілеті ескерімді төмендейді, ал жаңа құймалар (мысалы P91 және P92) салыстырғанда ол 40% төмен болады. Шын мәніндегі жаңашылдық микросуретті легирлеу әдісімен іске асты. Мысалы, P91-дің ванадий мен ниобий негізіндегі кішкентай MX карбонитрид бөлшектеріне байланысты қайта қалпына келтірілген мартенсит құрылымы оған қосымша беріктік қамтамасыз етеді. Бұл оған ескі P22-ге қарағанда 600°C-та шамамен 35% жоғары кернеуді шыдай алу мүмкіндігін береді. Ал P92 одан әрі алға жылжытады — онда молибденнің біраз бөлігіне орнына шамамен 1,8% вольфрам мен 0,5% молибден қосылады. Бұл өзгеріс оның 650°C-қа дейін сенімді жұмыс істеуіне мүмкіндік береді және P91-ге қарағанда серпімділікке 20% жоғары төзімділік қамтамасыз етеді.
| Дәреже | Негізгі элементтер | Макс. температура (°C) | Созылу беріктігі (P22-мен салыстырғанда) | Негізгі қолданбалар |
|---|---|---|---|---|
| P22 | 2,25Cr–1Mo | 565 | Базалық | Төменгі қысымды жинағыштар |
| P91 | 9Cr–1Mo–V–Nb | 600 | +35% | Суперкритикалық булы будырлар |
| P92 | 9Cr–1.8W–0.5Mo–V–Nb | 650 | +55% | Ультрасуперкритикалық қондырғылар |
Альфа құбыр жүйелері үшін ASTM A335 Сәйкестігі және ASME B31.1 Жобалау Ерекшеліктері
Материалдарды таңдау қатаң өнеркәсіптік стандарттарға сәйкес келуі тиіс. Мысалы, ASTM A335 ферритті қоспалықтың түзетін элементтерін, оларға жылумен өңдеудің қалай жүргізілуі керек екенін және олардың механикалық қасиеттерін анықтайды. П91 болаты үшін хром мөлшері 8,0-ден 9,5 пайызға дейін, ал молибден — 0,85-тен 1,05 пайызға дейін болуы керек. Бұл жүйелерді құрастырған кезде инженерлер температура факторларына байланысты ASME B31.1 нұсқаулықтарын қолданады. Шамамен 600 градус Цельсийде П91 болаты қарапайым көміртегілі болатқа қарағанда шамамен 2,3 есе көп кернеуге шыдай алады. Дизайнерлердің ескеруі тиіс тағы бір нәрсе — қыздырған кезде хроммолибденнің ұзаюы аз. Жоғары температурада көміртегілі болатқа қарағанда 15 пайызға аз ұзаю науқандар мен иілістерге түсетін кернеуді азайтуға және тіреулерде туындайтын проблемаларды минимизациялауға көмектеседі. Әрбір жиналған жүйе ASME Бөлім I талаптарына сәйкес гидростатикалық қысым сынақтарынан өткізіледі. Бұл сынақтар жүйеге жұмыс істеу қысымынан 1,5 есе жоғары қысым беріп, нақты жағдайларда барлық компоненттердің берік болатынын тексереді.
Экстремалды орталар үшін никель негізіндегі құймалар: Inconel, Incoloy және Hastelloy
Қалдықтан энергия алу және КСП электр станцияларында сульфидтену мен балқыған тұздың коррозиясына төзімділік
Қалдықтан энергия алу зауыттарында және концентрлі күн энергиясы (ККЭ) қондырғыларында стандартты құймалар қатты химиялық әсерлерге төтеп бере алмайды. Күкіртпен қаныққан түтін газдары жедел сульфидтенуге әкеледі, ал 600°C-тан жоғары температурадағы балқыған нитратты тұздар материалдардың коррозиялануына және брухттыққа ұшырауына себеп болады. Сондықтан инженерлер Inconel, Incoloy және Hastelloy сияқты никель негізіндегі құймаларға жүгінеді. Бұл құймаларда 60%-дан астам никель бар, бұл металл құрылымның жоғары температурада да тұрақты болуын қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, тоттану мен сульфидтенуге қарсы хром, хлоридтер мен сульфаттар қатаң ортада пайда болатын шыңғыларға қарсы қосымша қорғаныс ретінде молибден де қосылады.
| Қоспа отбасы | Негізгі қасиеттер | Маңызды қолданбалар |
|---|---|---|
| Inconel | 1000°C-тан жоғары температурада тоттануға төзімділік | ККЭ-ның жылу сақтау желілері |
| Incoloy | Қышқылдардағы құны/тиімділіктің тепе-теңдігі | Қалдық котелдерінің супервоздухоподогревателі |
| Hastelloy | Жоғары деңгейдегі сульфидтенуге төзімділік | Түтін газын тазартқыштар мен тұз сорғыштары |
Мысалы, Hastelloy C-276 мульчирлердің қыздыру түтіктерінде стандартты болаттармен салыстырғанда сульфидтенудің жылдамдығын 90% азайтады. CSP қондырғыларында Inconel 625 балқыған нитрат тұздарында 10 000 сағаттан кейін 500 МПа дейінгі созылу беріктігін сақтайды — бұл көміртек немесе хроммолибденді болаттарды 12–18 ай сайын ауыстыру қажет болатын жағдайларда үздіксіз және қауіпсіз жұмыс істеуге мүмкіндік береді.
ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)
1. Жоғары температуралық қорытпалы түтіктердің заманауи электр энергиясын өндіруде маңызы қандай?
Жоғары температуралық қорытпалы түтіктер электр энергиясын өндіру кезінде кездесетін экстремалды будың температурасы мен қысымына шыдайды, бұл күтпеген жөндеу және тоқтап қалу ықтималдығын төмендетеді.
2. Хром-молибден қорытпалары тотығудан қалай қорғайды?
Хром-молибден қорытпалары негізінен хром (III) оксидінен тұратын өзін-өзі қалпына келтіретін тотық қабатын түзеді, бұл тотығуды азайтады және түтіктің қызмет ету мерзімін ұзартады.
3. Жоғары температуралық қорытпалы түтіктер шешетін негізгі істен шығу түрлері қандай?
Олар ползучілік деформациясын, тотығу зақымын және жылулық шаршауды шешеді, қондырғының қауіпсіздігі мен әсер етуін қамтамасыз етеді.
4. Неліктен P91 болаты жоғары температурада қолдану үшін ұсынылады?
P91 болаты хромның жоғары мөлшеріне байланысты ұсталады, себебі бұл жоғары температурада кернеуді басқару және ползучілікке төзімділік қасиеттерін жақсартады.