Стали применяемые в котлостроении

Расчёт на прочность основных элементов котла с естественной циркуляцией

Выполнил:

Студент группы 2400

Приданов Андрей Дмитриевич

Проверил:

Профессор к.т.н.

Проценко Геннадий Васильевич

Оценка ________________________________

(отлично/хорошо/удовлетворительно)

«___» _________20___г. _____________________

(подпись)

1 Оглавление

2 Введение. 3

3 Стали применяемые в котлостроении.. 4

1.1 Стали для коллекторов. 5

1.2 Стали для каркаса, обшивки и крепежа. 5

4 Расчёт прочности основных элементов парогенератора.. 6

5 Теоретические расчёты коллекторов на прочность. 8

6 Расчёт пароводяного коллектора.. 14

4.1 Исходные данные. 14

4.2 Расчёт стенки корпуса коллектора. 14

4.3 Расчёт трубной доски. 14

4.4 Расчёт эллиптического днища с лазом.. 14

4.5 Расчёт эллиптического глухого днища. 15

7 Заключение. 16

Введение

Важнейшими параметрами, определяющими расчеты прочности, являются давление, действующее в рассчитываемом элементе, и температура металла этого элемента. Последняя служит основой для определения допускаемых напряжений и выбора марки стали.

Величину давления Р выбирают равной тому наибольшему давлению, которое может быть в рассматриваемом элементе при его эксплуатации. Например, для парал­лельно включенных труб, расположенных между двумя коллекторами (экономайзеры или пароперегреватели), расчетным является давление в том из коллекторов, где оно наибольшее.

Для надежной работы элементов парогенератора необходимо, чтобы рабочие напряжения не превышали допускаемые. Основным параметром, определяющим

выбор допускаемых напряжений, является температура металла в анализируемом месте, называемая расчетной температурой t ° С.

Расчетная температура труб экономайзера принимается на 30°С, а парообразующих труб — на 60°С больше температуры кипения. Коллекторы обычно надежно защищены от обогрева, поэтому расчетную температуру их стенок принимают равной температуре кипения. Такой приближенный подход не пригоден при определении расчетной температуры труб пароперегревателя, потому что она может быть близка к предельно допустимой температуре металла. Температуру стенок труб пароперегревателя определяют более точным расчетом.

Стали применяемые в котлостроении

Рассмотрим основные марки сталей, применяемых для изготовления труб, коллекторов, а также каркаса и обшивки судовых и парогенераторов.

Стали для труб парогенераторов низкого и среднего давления изготовляют из углеродистой качественной стали 10 и 20. Эти стали близки по своим свойствам. Сталь 20 содержит больше углерода и обладает несколько большей прочностью.

Для парогенераторов высокого давления применяют трубы, изготовленные из сталей повышенного качества марок 20Г1 20ПВ и 20ВД. Трубный прокат марки 20П имеет более высокое качество поверхности. Сталь марок 20ПВ и 20ВД получают вакуумнодуговым переплавом. Вследствие этого она содержит меньшее количество серы, фосфора и неметаллических включений, которые снижают качество стали.

Трубы из углеродистой стали можно использовать для изготовления поверхностей нагрева, температура стенки которых не превышает 500° С.

При более высоких температурах применяют трубы из низколегированных хромомолибденовых перлитных сталей марок I2MX (до 540° С) и 15ХМ (до 560°С). Небольшая добавка молибдена в количестве около 0,5% превышает прочность этих палей при высокой температуре. Хром обеспечивает увеличение жаростойкости, придает устойчивость карбидам и предупреждает графитизацию. Хромомолибденовые стали отличаются стабильностью механических свойств в процессе длительной эксплуатации.

Стоимость труб из стали 12МХ и 15ХМ на 50—60% выше стоимости труб из углеродистой стали.

В интервале температур 560—600°С используют трубы, изготовленные из хромомолибденванадиевых сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф. Повышенное содержание хрома в этих сталях обеспечивает высокую жаростойкость. Присадки молибдена и ванадия повышают жаропрочность. Сталь 12Х1МФ имеет высокую пластичность, вследствие чего допускается холодная гибка и развальцовка труб. Сталь хорошо сваривается.

К низколегированным хромомолибденванадиевым сталям относится сталь 12Х2МФСР. Ее можно применять вплоть до температуры 620° С. Молибден, ванадий и бор введены в эту сталь для повышения жаропрочности, а хром и кремний — для повышения жаростойкости. Необходимо заметить, что кремний по­вышает стойкость против окисления только в среде продуктов сгорания топлива и не оказывает заметного влияния на коррозионную стойкость в пароводяной среде.

Сталь 12Х2МФСР обладает пластичностью и стабильностью структуры, что обеспечивает высокую длительную прочность. Свариваемость этой стали оценивают, как вполне удовлетворительную. По стоимости хромомолибденовые стали дороже углеродистых сталей в 1,8—2,1 раза.

Наибольшей коррозионной стойкостью обладают высоколегированные аустенитные хромоникелевые стали XI8H10T и Х18Н12Т. Стали этих марок характеризуются высокими жаропрочностью, жаростойкостью и пластичностью при температуре до 650° С. Они хорошо свариваются. Однако стали XI8H10T и Х18Н12Т чувствительны к наклепу. Под действием наклепа существенно снижается их длительная прочность, особенно на высоких температурах. К недостаткам относят также низкую деформационную способность в зоне сварного соединения. Стали этого типа не обладают высокой структурной стабильностью и склонны к коррозионному растрескиванию в среде, содержащей ионы хлора и кислород. В то же время они примерно в пять раз дороже углеродистых сталей.

Высоколегированная сталь 1Х14Н18В2БР свободна от большинства этих недостатков. Эта сталь обладает высокой жаропрочностью, жаростойкостью и стабильностью структуры вплоть до температуры 1000°С. Стабильность структуры и свойств обеспечена за счет рационального легирования никелем и хромом, а также с помощью присадок вольфрама, ниобия и бора. Технологические свойства стали 1Х14Н18В2БР хорошие, свариваемость — удовлетворительная. Стоимость груб из этой стали в десять раз превышает стоимость труб из углеродистой стали.

Для изготовления труб парогенераторов ЯЭУ, кроме углеродистых и легированных сталей, могут быть использованы титановые сплавы и сплавы типа нимоник.

Стали для коллекторов

Коллекторы парогенераторов мазутного отопления и корпуса парогенераторов ЯЭУ изготавливают путем сварки обечайки и днищ.

Обечайка может быть бесшовной. В этом случае ее и изготавливают либо из трубы, либо из поковки. Материалом труб поковок являются стали тех марок, о которых уже говорилось. В некоторых случаях обечайку сваривают из двух частей (полуобечайки и трубной доски).

Обечайки, трубные доски, днища изготовляют ковкой или штамповкой из листовой стали. Чаще всего применяют качественные листовые углеродистые стали 15К, 20К и 22К. Эти стали используют для изготовления коллекторов, находящиеся под давлением до 6,0 МПа и работающих при температуре до 450° С.

Из низколегированных сталей широкое распространение получила сталь 2ХГ2, ранее называвшаяся среднемарганцонистой. Ее используют в виде листового проката, цельнокатаных труб и кованых заготовок. Сталь 23Г2 обладает повышенными характеристиками прочности вплоть до температуры 350° С. Однако эта сталь имеет склонность к закалке на воздухе, что ограничивает возможность применения сварки при ремонте парогенераторов. Поэтому в судовом парогенераторостроении сталь 23Г2 применяют только для изготовления пароводяных коллекторов при ремонте которых сварку не используют.