Original title:
Pokročilé metódy hodnotenia poškodzovania trubkových zväzkov v kotle
Translated title:
Advanced Methods for Damage Evaluation of Boiler Tube Bundles
Authors:
Naď, Martin ; Odstrčil, Miloslav (referee) ; Jůza, Zdeněk (referee) ; Jegla, Zdeněk (advisor) Document type: Doctoral theses
Year:
2019
Language:
slo Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství Abstract:
[slo][eng]
Dizertačná práca sa zaoberá aplikáciou pokročilých metód hodnotenia poškodenia trubkových zväzkov v kotloch so zameraním na poškodenie vplyvom teploty. Cieľom je navrhnúť postup riešenia problematiky a ukázať možnosti moderných prístupov. Práca popisuje rôzne typy poškodenia, ktoré sa môžu objaviť v priemyselných kotloch. Hlavný dôraz je kladený na najexponovanejšie a často aj najviac poškodzované časti, ktorými sú trubkové zväzky, napríklad prehrievače pary. Keďže poškodenie zariadenia je nežiaduce a často vedie k úniku média, poprípade až k odstávke, je nutné rýchlo reagovať a čo najskôr odhaliť príčinu a zabezpečiť nápravu. Jednotlivé typy poškodenia sú rozdelené do piatich základných skupín podľa mechanizmu poškodzovania. Jedným z najvýznamnejších vplyvov na životnosť má teplota zapríčiňujúca krátkodobé alebo dlhodobé prehriatie trubkových zväzkov. Tento typ poškodenia, znižujúci creepovú životnosť, nastane pri prekročení návrhovej teploty. Pre určenie poškodenia vplyvom teploty je však potrebná história reálnej povrchovej teploty zväzku trubiek, ktorá však pri zariadeniach často chýba. Pri hodnotení poškodenia je preto nutné potrebné teploty dopočítať na základe dostupných informácií (vstupné a výstupné teploty a tlaky atď.). To však môže byť zložité z dôvodu kombinácie komplexného prúdenia pracovných látok (najmä spalín) a prenosu tepla. V práci sú s ohľadom na dostupné dáta navrhnuté postupy a metódy prístupu pre získanie požadovaných informácií pre vyhodnotenie creepovej životnosti kotla. V prvom kroku navrhovaného postupu je vykonaný tepelne-hydraulický výpočet a následne určené teplotné zaťaženia trubiek prehrievača kotla pri spaľovaní zemného plynu s využitím CFD simulácie. V ďalšom kroku je určená povrchová teplota trubiek využitá pre výpočet poškodenia vplyvom teploty so zameraním na odhad creepovej životnosti. Nakoľko životnosť je v značnej miere ovplyvňovaná nedokonalosťami, v závere práce je zhodnotený vplyv oxidovej vrstvy na vnútornej strane trubky, ako aj vrstvy nánosov na strane vonkajšej.
This thesis is focused on the application of advanced methods for evaluating damage to boiler tubes, specifically temperature related damage. The aim of this work is to develop an improved damage evaluation procedure utilizing capabilities of modern approaches. This work describes various types of industrial boiler damage. The main focus is on the most exposed and often the most damaged parts of boilers, which are tube bundles (for example, superheaters). Equipment damage is undesirable and often leads to leakages or even to the boiler shutting down. Therefore, it is necessary to find the problem as soon as possible and make the required changes to prevent further damage. The damage types are divided into five categories based on the damage mechanism. Temperature has one of the biggest influences on damage and it may cause short-term or long-term overheating in the tube bundles. This type of damage occurs when the designated temperature is exceeded and results in reduced creep life. It is necessary to know the real surface temperature history of the tube bundle to estimate temperature related damage, however this is often not available. Therefore, it is necessary to calculate those temperatures based on the available data (i.e. inlet and outlet temperatures and pressures). This is real challenge due to the combination of complex flows of the working substances (mainly flue gasses) and heat transfer. Considering available data, new approach is proposed in order to obtain information required for residual creep life estimation. In the first step, thermal – hydraulic calculation is performed followed by a thermal load estimation of a superheater tube bundle in a natural gas fired boiler, using CFD simulations. In the next step, the surface temperature is evaluated and used to determine the temperature related damage, specifically the creep life estimation. The life expectancy is in some ways influenced by imperfections, and therefore at the end of this thesis the influence of the oxide layer on the inner side of tube and fouling on outer side of tube is described.
Keywords:
creep; industrial natural gas boiler.; life expectancy; superheater; temperature related damage; Thermal load
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/139108
guest ::
