Page 87 - 07

Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2015. – ¹ 1. – Physicochemical Mechanics of Materials

УДК 620.197.5: 669.788
ОЦІНЮВАННЯ ДОВГОВІЧНОСТІ ЕЛЕМЕНТІВ ЕНЕРГЕТИЧНОГО
ОБЛАДНАННЯ З УРАХУВАННЯМ ВПЛИВУ
ЕКСПЛУАТАЦІЙНОГО СЕРЕДОВИЩА

Я. Л. ІВАНИЦЬКИЙ, О. В. ГЕМБАРА, О. Я. ЧЕПІЛЬ
Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів

Запропоновано інженерний підхід для оцінювання міцності та довговічності конст-
руктивних елементів енергетичного обладнання з урахуванням впливу водневовміс-
ного середовища, підвищених тисків і температур. Проаналізовано напружено-де-
формований стан барабана котла, виготовленого зі сталі 22К, за умов експлуатації з
урахуванням наводнювання стінки та його реальної геометрії. Обчислено параметр
накопиченої пошкоджуваності металу барабана за різних режимів експлуатації.
Встановлено, що водень пришвидшує нагромадження пошкоджуваності і зменшує
час експлуатації металу за планової зупинки котла на 20…30%, а за аварійної – на
30…40%.
Ключові слова: гідростатичне напруження, деформація, концентрація водню,
енергія деформування, пошкоджуваність.
Умови роботи металу барабанів і колекторів парових котлів важкі, оскільки
метал знаходиться одночасно під впливом високих температур і тисків, механіч-
них напружень і агресивного середовища, внаслідок чого в металі можуть виник-
нути зміни структури і механічних властивостей, явища повзучості, корозія, що
може призвести до його руйнування [1]. Напружений стан залежить від внутріш-
нього тиску водню, який є як навантажувальним середовищем, так і агресивним,
та різниці температур на внутрішній і зовнішній поверхнях барабана. При цьому
через істотні розбіжності в коефіцієнтах термічного розширення сталі і поверхне-
вих оксидних плівок, останні руйнуються, створюючи умови для контакту пари
(через тріщини і дефекти в оксидному шарі) з металом, тобто умови для перебігу
процесів електрохімічної корозії на свіжоутвореній поверхні з утворенням вод-
ню, здатного дифундувати в метал.
Встановлено, що за термомеханічного навантаження відбувається перероз-
поділ водню всередині металу як за об’ємом, так і за енергетичними рівнями
[2–6]. Його концентрація в зоні руйнування в декілька разів перевершує середні
значення. Тому під час оцінювання міцності і довговічності елементів енергетич-
ного обладнання необхідно враховувати цей аспект.
Мета роботи – змоделювати нагромадження пошкоджень у металі, що знахо-
диться під дією високотемпературного навантаження в агресивному середовищі.
Для оцінювання руйнування матеріалу необхідно ввести критерій, який вра-
ховує нагромадження пошкоджень у локальному елементі моделі. Вводимо гіпо-
тезу в’язкого руйнування, яка базується на енергетичному підході нагромаджен-
ня пошкодженості в локальному елементі. За міру енергетичної пошкодженості
локального об’єму металу приймаємо
*
)
w ( , , ,x y z t ) W= ( , , ,x y z t W , (1)

Контактна особа: О. В. ГЕМБАРА, e-mail: hembara@ipm.lviv.ua
93