적절한 재료 분석을 통해 안정적인 보일러 작동 보장

소름 끼치고 피곤함. 이것이 요즘 많은 석탄 연소 보일러의 상태입니다. 잠재적인 문제를 식별하기 위한 오류 메커니즘과 적절한 테스트 방법을 이해하면 문제가 발생하기 전에 문제를 찾는 데 도움이 됩니다.

현재의 규제 환경으로 인해 다른 연료원보다 천연가스를 활용하는 새로운 발전이 추진되고 있음에도 불구하고 기존 석탄 화력 발전의 상당 부분이 여전히 가동되고 있습니다. 이들 석탄 화력 발전소의 대부분은 오랜 기간 동안 존재해 왔으며, 평균 수명은 거의 40년입니다. 이러한 공장을 온라인 상태로 유지하고 효율적으로 운영하는 것은 어려운 일이지만, 장비 상태를 효과적으로 모니터링하고 최적의 시기에 중요한 부품을 교체하는 프로그램을 마련하면 이러한 장치는 앞으로도 수년간 안정적인 운영을 계속할 수 있습니다.

석탄 연소 증기 발생기의 장기간 작동에서 크리프와 열 피로는 일반적으로 보일러 무결성에 영향을 미치는 두 가지 손상 메커니즘입니다. 보일러는 물이나 배가스 화학의 화학적 불균형으로 인해 손상될 수도 있지만 일반적으로 이러한 문제는 단시간 내에 해결될 수 있습니다.

열 피로. 열 피로는 시간이 지남에 따라 변하는 온도 구배로 인해 발생하는 주기적인 응력으로 인해 발생합니다. 증기 발생기는 시동 및 정지 활동 중에 가장 큰 열 피로를 경험합니다.

고온 보일러 튜브에서 국부적으로 높은 응력을 받는 부분은 응력이 완화될 때까지 소성 변형됩니다. 이러한 변형 프로세스는 고온에서 구성요소에 일시적인 완화를 제공하는 동시에 시스템이 냉각됨에 따라 동일한 구성요소에 새로운 응력을 도입하여 재료가 원래 위치로 돌아갈 수 없게 합니다.

보일러 설계자는 계획된 시동 및 정지 주기 수를 예상하고 이러한 시나리오를 처리하도록 보일러를 설계합니다. 그러나 너무 자주 가동되거나 계획되지 않은 강제 정지(낮은 장비 신뢰성으로 인해)로 인해 증기 발생기가 과도하게 작동하면 보일러가 원래 설계 수명을 조기에 초과하게 됩니다. 과도한 사이클링은 궁극적으로 보일러 튜브 요소의 열 피로 균열로 이어집니다. 일반적으로 열 피로는 용접물이나 구성 변경 지점에서 발생합니다.

살금살금 기다. 증기 발생기 튜브 고장의 두 번째 중요한 메커니즘은 크리프입니다. 크리프는 고온에서 응력을 받는 재료의 점진적이고 영구적인 변형입니다.

재료가 제조될 때 재료 구조 내에 미세 공극이 형성됩니다. 시간이 지남에 따라 이러한 미세 공극은 전파되고 상호 연결되기 시작하여 재료 내에 균열을 형성합니다. 변형은 소성적으로 발생하며 재료가 얇아지고 이로 인해 응력이 높아지고 크리프 속도가 증가합니다. 이 현상은 높은 응력을 받는 재료에서 발생할 수 있지만 여전히 재료의 항복 강도보다 낮은 수준입니다.

크리프는 재료 수명 동안 세 가지 정의된 단계로 발생합니다. 첫 번째 단계를 일반적으로 1차 크리프라고 합니다. 이 단계에서는 변형률 속도가 높지만 가공 경화로 인해 시간이 지남에 따라 급격히 느려집니다. 이 첫 번째 크리프 단계는 상대적으로 수명이 짧으며 재료 구조에 큰 변화를 가져오지 않습니다.

크리프의 다음 단계는 2차 즉 정상 상태 단계입니다. 재료는 수명의 대부분 동안 2차 크리프를 경험하게 됩니다. 이 단계는 가공 경화가 회복 속도와 균형을 이루는 비교적 일정한 변형률로 정의됩니다.

크리프의 마지막 단계인 3차 단계는 시간이 지남에 따라 급격한 신장으로 정의됩니다. 이러한 급속한 신장은 재료의 파손이 발생할 때까지 가속화됩니다.

시간과 온도에 따라 재료의 유효 수명을 계산하는 수학적 접근 방식이 있습니다. General Electric 엔지니어들은 1950년대에 재료의 크리프 및 파열 강도에 대한 실험 데이터를 추정하는 데 사용할 수 있는 한 가지 방법을 개발했습니다. 이는 Larson-Miller 매개변수로 알려져 있으며 다음과 같이 표현됩니다.