More Related Content More from عدنان بهجت جليل (12) Short Term Overheating Failures in Boiler Tubes.pdf1. Overheating Failures Eng. Adnan Bahjat Jalil koprlo1@gmail.com
2023
الزائد التسخين فشل حاالت
المدى على
المرجل أنابيب في القصير
Short Term Overheating Failures in
Boiler Tubes
إ
عداد
وترجمة
المهندس
جليل بهجت عدنان
2. 2
المحتويات جدول
Table of Content
الموضوع الصفحة
مقدمة
Introduction 3
محددات
Limitations 3-5
ال
زحف
Creep 5-6
القصير المدى على المفرط التسخين بسبب الفشل
Short time over heating Failure 7-9
يسبب قد الذي ما
STOH
؟
أ
-
المائي الجدار أنابيب في
Water wall tubes 9-14
ب
-
في
ومعيدات المحمصة
التسخي
ن
Super heater & Re-heaters 14-16
الحرارة درجة ارتفاع
القصير المدى على
ألنبوب
SH-RH
Short Term Overheating 16
وصف
اآللية
Description
Mechanism 16-17
المواقع
الشائعة
Typical Locations
،
سمات
)(معالم
Features 17
الجذرية األسباب
Root Causes 17-18
التصحيحية اإلجراءات
Corrective Actions 18-19
المراجع
References 20
3. 3
أ
الحرارة درجة رتفاع
المفرط (التسخين
الزائد ،
)
القصير المدى على
المرجل أنابيب في
Short Term Overheating Failures in Boiler Tubes
مقدمة
Introduction
:
أنابيب تخضع
المرجل
Boiler tubes
المعاكسة الظروف من لعدد
)(الضارة
العالي الضغط مثل
high pressure
المرتفعة الحرارة ودرجة
high temperature
الكاشطة المتطاير والرماد
abrasive fly ash
المسببة الماء وطبيعة
للتآكل
corrosion
التشغيل أثناء ذلك إلى وما
الفشل يحدث .
failure
درجة تتجاوز عندما
الضرر
يمكنها الذي الحد
تحمله
.
مختلفة بطرق الفشل يحدث
قد .
عن يكون
طريق
إنتاج
شق
طولي
الشفة رفيع
الحافة أو
مع
إ
كبير نتفاخ
.
و
قد
يكون
أيضا
بحدوث
طولي شق
ب
مع سميكة شفة
إ
صغير نتفاخ
صغير ثقب شكل في الفشل يحدث قد .
جدا
من بالقرب عادة ،
لحام وصلة
welding joint
.
النافذة نوع فتح إلى الفشل يؤدي أن يمكن ، األحيان بعض في
window type
على
األنبوب
.
و
شكل في الفشل بعض يحدث قد
شق
اإل في
العرضي تجاه
.
الطبيعة تشير ، األحيان من كثير في
الفيزيائية
الحاالت بعض مقابل حدوده تجاوز بسبب حدث قد الفشل أن إلى للفشل
المحددة المعاكسة
كان إذا ، المثال سبيل على .
كبير إنتفاخ مع الشفة رفيع طولي شق
لأل
فهناك ، نبوب
أ
قوي حتمال
بسبب ذلك يكون أن
آلية
أ
الحرارة درجة رتفاع
)المفرط (التسخين
القصير المدى على
Short term overheating
يمكن ، ذلك ومع .
طريق عن ذلك تأكيد
الدقيقة البنية فحص
(
المجهرية البنية
)
micro-structure examination
، الورقة هذه في .
مناقشة ستتم
المعدنية القيود
metallurgical limitation
ومؤشرات ،
المفرط التسخين
overheating
يجب التي التشغيل وإجراءات
أ
المشاكل هذه لتجنب تخاذها
.
محددات
Limitations
:
أنابيب في المستخدمة المعادن تمتلك
المرجل
الحرارة ودرجة للضغط المشترك الهجوم ضد للغاية ً
ضئيًل اًعدفا
معا
.
حوالي
(
99.5
٪
)
الضغط ألجزاء المستخدمة المعادن من
pressure parts
المراجل في
الحرجة شبه
sub-critical
boiler
حتى
(
600
مي
ك
اواط
MW
فوالذ إما هي )
(ص
)لب
كربوني
carbon steel
منخفض فوالذ و
نسبة
السبائك
low alloy steel
الضغط أجزاء مكونات على نظرة نلقي دعونا .
في المختلفة
(
500
مي
ك
اواط
)
)أدناه الجدول (راجع
Eco
–
المقتصد
ة
Economizer
.
WW
-
الماء جدار
Water Wall
.
SCW
-
بالبخار مبرد جدار
Steam Cooled Wall
.
LTSH
-
محمصة
منخفضة حرارة بدرجة
األبتدائية المحمصة ،
)الحراري الحمل ممر (في
.
Low Temperature Super Heater (in Convection pass), primary superhaeter
PSH
-
محمصة
، الفرن
المحمصة
الوسطية أو البينية
(
الحرارة نقل أسلوب يكون
ب
اإلشعاع
)
Platen Super Heater (Furnace Super Heater), mode of heat transfer is radiation .
FSH
-
النهائية المحمصة
الثانوية المحمصة ،
Final Super Heater, secondary superheater
.
4. 4
CRH
-
معيدة
البارد التسخين
ة
(
معيدة
األولي التسخين
ة
)
Cold Reheat (Primary Re-heater)
.
HRH
-
معيدة
التسخين
الحارة
(
معيدة
النهائي التسخين
ة
)
Hot Reheat (Final Re-heater)
.
Low Carbon steel
–
منخفض فوالذ
نسبة
الكربون
.
Medium Carbon steel
–
فوالذ
نسبة )(متوسط معتدل
الكربون
.
C
كاربون
Carbon
،
Cr
كروم
Chromium
،
Mo
موليبدنوم
Molybdenum
،
V
فان
ا
ديوم
Vanadium
ناد
ر
السبائك عالي الفوالذ نستخدم ما ا
high alloy steels
مثل
(
347H
أو
SA 213 TP 304H
)
،
وكذلك
في
ومعيدات الثانوية المحمصة
التسخين
الحارة
للمراجل
الحرارة ودرجة العالي الضغط ذات
العالية
لغالبية بالنسبة .
المعادن نستخدم إما فإننا ، المكونات
حسب
مواصفا
ت
األمريكية الجمعية
ل
إل
ختبار
و
المواد
(
ASTM
)
American
and Materials
Society for Testing
الجدول في
يعادلها ما أو ، أعًله
قيود لها المعادن هذه .
)(محددات
خطيرة
ضد
(التشوه الزحف قوة
deformation
)الشكل تغير ،
creep
،
الذي
ينتج
في
الص
يتعرض عندما لب
إل
جهاد
stress
عالية حرارة ودرجة ضغط تحت مستمر
.
: مالحظة
ا
لزحف
creep
هو
المادة في تحدث التي الدائمة االستطالة
طويلة لفترة ثابت بحمل التحميل نتيجة
.
و
أي في المواد في يحدث
المرتفعة الحرارة درجات في أكبر بصورة يظهر ولكنه حرارة درجة
.
الصلبة المادة ميل هو الزحف ، المواد علم في
solid material
تح دائم بشكل التشوه أو ببطء التحرك إلى
تأثير ت
اإل
جهادات
الميكانيكية
mechanical stresses
نتيجة يحدث أن يمكن .المستمرة
الخضوع قوة من أقل تزال ال التي اإلجهاد من عالية لمستويات األمد طويل التعرض
yield strength
شدة أكثر الزحف يكون .للمادة
عام بشكل ويزداد طويلة لفترات للحرارة تتعرض التي المواد في
االنصهار نقطة من اقترابها مع
melting point
.
التركيب لبُصال نوع
المكون
الصنف
5. 5
المعادن من أعلى درجة نستخدم ال لماذا إذن
األيام هذه ملحوظ بشكل المعادن علم تقدم ؟
الخاصة المعادن أن حتى .
الفضاء مكوك في المستخدمة
space shuttle
>( للغاية العالية الحرارة درجات تحمل من تمكنهم
1600
درجة
مئوية
°C
لألرض الجوي الغًلف إلى العودة أثناء تتولد التي )
earth’s atmosphere
في قيود لدينا لماذا إذن .
تعدين حالة
المراجل
؟؟
ليس الجواب
ت
بسبب القيود
التكلفة
!
و
إ
نما
اللحام (سهولة اللحام قابلية من الفعلي القيد يأتي
welding
للمعادن )
مكونات في المستخدمة
المرجل
.
من يقرب ما هناك
(
50000
)
وصًل
ت
أنبوب إلى أنبوب
tube to tube joints
في لحامها مطلوب
مرجل
بقدرة
(
500
مي
ك
اوا
)ط
يتجاوز .
لحام
بالزعانف أنبوب
Tube to fin welding
آالف
هذه في الكيلومترات
المراجل
.
الكاربوني لبالص
قابلية أفضل لديه
ل
لحام
.
و
قابلية تقل
اللحام
المزيد أضفنا كلما
السبائك عناصر من والمزيد
alloying elements
أعلى درجة على للحصول
higher grade
المعادن من
.
ال
زحف
Creep
:
التشوه هو الزحف
deformation
تحت الفوالذ في يحدث والذي الوقت على المعتمد الدائم
إ
جهاد
المدى طويل
long
term stress
.
عمر
)(فترة
الزحف
لوغاريتمية دالة هي
logarithmic function
الحرارة لدرجة
.
: مالحظة
ا
لزحف
creep
المادة في تحدث التي الدائمة االستطالة هو
طويلة لفترة ثابت بحمل التحميل نتيجة
.
و
أي في المواد في يحدث
المرتفعة الحرارة درجات في أكبر بصورة يظهر ولكنه حرارة درجة
.
، المواد علم في
الصلبة المادة ميل هو الزحف
solid material
تأثير تحت دائم بشكل التشوه أو ببطء التحرك إلى
اإل
جهادات
الميكانيكية
mechanical stresses
نتيجة يحدث أن يمكن .المستمرة
الخضوع قوة من أقل تزال ال التي اإلجهاد من عالية لمستويات األمد طويل التعرض
yield strength
شدة أكثر الزحف يكون .للمادة
االنصهار نقطة من اقترابها مع عام بشكل ويزداد طويلة لفترات للحرارة تتعرض التي المواد في
melting point
.
المنحنى يوضح
أدناه في
الزحف نظام في العاملة المعادن في تحدث التي الزحف ألضرار المختلفة الظروف تطور
creep regime
تأثير يكون .
( من أقل حرارة درجة عند بكثير أقل الفوالذ على الزحف
385
)مئوية درجة
فوق .
هذا الحرارة درجة نطاق
،
الزحف نظام حرارة درجة يسمى
مكونات كل .
ال
مرجل
التي
لها الزحف نظام في تعمل
أو تشغيلي عمر
حياة فترة
life period
ب التالية المعادلة من بها التنبؤ يمكن محددة
إ
ستخدام
الرسن معامل
-
ميلر
LMP (Larson-Miller parameter)
للص الحرارة درجة عند الوقت تكافؤ تصف والتي
الزحف عملية تحت لب
الم
حراريا نشط
thermally activated creep
ل
حدوث
تمزق
تشوه أو
اإلجهاد
stress rupture
بحساب يسمح .
اإلجها تمزق لحدوث الًلزمة المكافئة األوقات
مختلفة حرارة درجات عند د
.
أنها أي
ت
بعمر للتنبؤ وسيلة عد
المعدن
الحرارة ودرجة الوقت مقابل
.
)/ 1000
t
10
LMP = T x (C + Log
قيم أخذ يتم
( ة
C
)
أنها على
(
20
)
أجزاء في المستخدم السبائك منخفض والفوالذ الكربوني للصلب
مكونات أو
ال
ضغط
بالمرجل
.
(
T
)
الحرارة درجة هي
المطلقة الحرارة بمقياس
Rankine (°F + 460)
و ،
(
t
)
بالساعات الوقت هو
الزحف عمر أو (فترة
creep life
. )بالساعات المتوقع
وقيم معين إجهاد إلى بالنسبة
( ة
LMP
)
الزح فترة فإن ، له المقابلة
( ف
t
)
الحرارة لدرجة لوغاريتمية دالة هي
.
ف
إذا
فإن ، التصميم حرارة درجة المعدن حرارة درجة تجاوزت
فترة
الزحف
ت
خط ليس نخفض
ي
أ بشكل ولكن ، ا
سي
!!
6. 6
نظرا
يمكن فًل ، الزحف ضد مقاومة بأي يتمتع ال الكربوني الفوالذ ألن
أ
درجة تجاوز عدم حالة في إال ستخدامه
المعدن حرارة
(
370
-
375
مئوية درجة
)
نستخدم فإننا ، هذه الحرارة درجة المعدن حرارة درجة تتجاوز عندما .
الزحف مقاومة سبائك عناصر
creep resistance
الكروم مثل
Chromium (Cr)
و
الموليبدينوم
Molybdenum (Mo)
الفانديوم و
(V)
Vanadium
.
الزحف ضرر تطور
creep damage
الزمن مع
Ferritic steel
:
الحديدي الفوالذ
(
الفريتي الصلب
)
و
من أقل من يتكون الصلب من نوع هو
(
0.10
٪
)
كربون
إنه .
مغناطيسي
magnetic
التصلب على قادر وغير
hardening
التسخين خًلل من
.
Virgin – Exposed
:
متضرر غير
–
. للتغيير عرضم
Isolated Cavaties
:
. )(منفصلة منعزلة تجاويف
Oriented Cavaties
:
. )(ممتدة موجهة تجاويف
Cavity Linkage (Macrocracks)
:
. )(متداخل مترابط تجويف
Macrocracks
:
. النطاق واسع تصدعات
Major Cracks
:
. كبيرة تصدعات
التضرر معالم
نهاية
فترة
الزحف
7. 7
القصير المدى على المفرط التسخين بسبب الفشل
Short time over heating Failure
:
)أ
دون يعمل المعدن
حالة
الزحف
.
)ب
عمر
للمعدن الطبيعي الزحف
الزحف نظام في
.
التشوه
(
الشكل تغير
)
الوقت
الزحف معدل متوسط
الكلي اللدن التمدد
بالزحف التشوه
االولي اللدن التمدد
8. 8
)ج
فشل
في المعدن
قصير وقت
بسبب
التسخين
فرطالم
عندما
الحرارة درجة تتجاوز
التصميم حرارة درجة
كبير بشكل
معاد تتعرض عندما
المحمصة ن
SH
التسخين ومعيدة
RH
، التصميم حرارة درجة من بكثير أعلى حرارة درجة إلى
أن يمكن
يقل
فشل إلى يؤدي مما كبير بشكل الزحف عمر
فرطالم التسخين بسبب
القصير المدى على
(STOH)
Short Term Overheating Failure
.
مع ، المثال سبيل على
أ
رتفاع
(
5.5
مئوية درجة
)
أن يمكن ، التصميم حرارة درجة فوق فقط
يقل
بنسبة الزحف عمر
(
60
٪
)
إذا ولكن
ب كان
المعدن حرارة درجة
إ
نحراف
(
30
مئوية درجة
)
نسبة تصل فقد ،
في الفقد
عمر
الزحف
إلى
(
90
٪
)
!!
في األنبوب فشل ، األحيان من كثير في
STOH
عاد يظهر
ة
أو تشوه شكل على
كبير إنتفاخ مع الشفة رفيع طولي شق
.
ينبغي ال ، ذلك ومع
أ
تلف آللية قاطع تحديد كمعيار النموذجية الفيزيائية الخصائص هذه عتبار
STOH
حيث ،
يمكن
التحليل طريق عن بذلك القيام
المعدني
metallographic analysis
للجزء
الفاشل
.
9. 9
القصير المدى على المفرط التسخين بسبب نوعي فشل
Typical Short Term Overheating failure
في الموجود األنبوب
الشكل
مائي جدار أنبوب عن عبارة أعًله
water wall tube
فشل
الزائد التسخين بسبب
على
.القصير المدى
وبما
أن
المائية الجدران في المستخدمة المعادن
للمراجل
الحرجة شبه
sub-critical boilers
تكون
عاد
ة
، الكربوني الصلب من
الذي
ج قليلة مقاومة لديه
د
دائ تفشل فإنها ، الزحف ضد ا
ما
في
STOH
درجة وصلت إذا
حرارة درجة إلى المعدن حرارة
حالة
الزحف
Creep Regime temperature
.
بالنسبة
التسخين ومعيدات للمحمصات
حيث ،
ي
للزحف المقاوم الفوالذ ستخدم
Cr-Mo
يحدث ،
STOH
تتجاوز عندما
التصميم حرارة درجة كبيرة بدرجة المعدن حرارة درجة
.
يسبب قد الذي ما
STOH
؟
أ
-
المائي الجدار أنابيب في
Water wall tubes
:
المعدن حرارة درجة في التحكم يتم
طريق عن الزحف نظام حرارة درجة تحت الماء لجدار
النواة غليان
Nucleate
Boiling
الحراري التدفق بين التوازن خًلل من إنشاؤه يتم الذي
heat flux
وتدوير األنابيب تتلقاه الذي فيه المتحكم
خًللها من الماء
مراجل في .
التداور
الطبيعي
natural circulation boilers
،
ع تلعب
أسطوانة مستوى مثل وامل
البخار
steam drum level
البخار وحمل
steam load
المتوازن الحراري والتدفق
balanced heat flux
دو
ر
ا
مه
م
إنشاء في ا
التداور او التدوير
النواة وغليان المطلوب
المطلوب
األنابيب في
.
عرضة أكثر المياه جدران تكون
بـ للتأثر
STOH
بدء أثناء
البارد على التشغيل
cold start-up
تكون .
المراجل
سريعة زيادة بمعدل تتمتع التي
في
مراحل
التشغيل
rapid ramp-up rate
لمثل عرضة أكثر البارد على البدء أثناء
10. 10
اإلخفاقات هذه
با االحتفاظ يتم عندما المشكلة هذه تتفاقم .
لحد
بدء أثناء األسطوانة مستوى في اليدوي التحكم في الزائد
ظاهرة لمواجهة التشغيل
اإل
نتفاخ
.
اللهب طول من أطول
flame length
العادي
ا في
األمامي لجدار
العامل للمرجل
fired boiler
تحويل أو ،
ال
كرة
النار
ية
fire ball
هواء سرعة في التوازن عدم بسبب
الوقود
fuel-air velocity
زاوية من
المرجل
العامل
أو ،
قد
ت
الطبقة ؤدي
الم
ميعة
bed fluidization
المنتظمة وغير المتقطعة
في
مراجل
(
AFBC / CFBC
)
إنشاء إلى
حراري تدفق
ركزم
الماء جدار أنابيب من واحد جزء من بالقرب
بدء .
ال
تشغيل
ب
الفحم
Charcoal start
في
مراحل
AFBC
يؤدي
حرارة درجة في حاد ارتفاع إلى
المميعة الطبقة
البارد على التشغيل بدء أثناء
.
مالحظ
ات
:
1
-
ه
الغليان من رئيسيان نوعان ناك
boiling
:
النواة غليان
Nucleate boiling
الحرج الحرارة وتدفق ،
critical heat flux
.
درجة تكون عندما يحدث الغليان من نوع هو النواة غليان
السطح حرارة
surface temperature
السائل حرارة درجة من سخونة أكثر
المشبع
saturated fluid temperature
الحرارة تدفق يكون عندما ولكن معينة بكمية
heat flux
الحرج الحرارة تدفق من أقل
،
حيث
منفصلة نقاط عند البخار من صغيرة فقاعات تتشكل
و
ال حجم من مختلفة أماكن في
سائل
و
درجة من ًًلقلي أعلى حرارته درجة تكون
السائل حرارة
.
في شائع النووي الغليان . السطح حرارة درجة بزيادة التنوي مواقع عدد يزداد ، عام بشكل
الغًليات
الكهربائية
electric
kettles
الغليان حدوث قبل تحدث التي الضوضاء عن مسؤول وهو
في أيضا يحدث كما .
سخانات
المي
اه
water geysers
والمراجل
بسرعة المياه تسخين يتم حيث
.
و
في
غليان
ال
الحرار تدفق
ي
الحرج
طبقة ويتشكل معينة حرجة حرارة درجة فوق الغليان سطح تسخين يتم
)(غشاء
على البخار من
السطح
.
غليان فسيحدث ، السائل من سخونة أكثر السطح تسخين كان إذا
ال
غشاء
film boiling
، البخار من رقيقة طبقة تقوم حيث ،
. السطح بعزل ، المنخفضة الحرارية الموصلية ذات
اما
اإل الغليان
نتقالي
transition boiling
النوعين كًل من عناصر مع الغليان من مستقر غير وسيط شكل هو
.
و
درجات عند يحدث
في بلوغه الممكن األقصى الحد بين السطح حرارة
غليان
الغشاء غليان في بلوغه يمكن الذي األدنى والحد النواة
.
حرارة درجة من أعلى السطح حرارة درجة تكون عندما النواة غليان يحدث ، أدناه البياني الرسم في موضح هو كما ، للمياه بالنسبة
التشبع
)
S
saturation temperature (T
بين بما
(
10
و
30
مئوية درجة
)
التدفق .
الذروة هو الحرج الحراري
peak
المنحنى على
اإلنتقالي والغليان النواة غليان بين
الغشاء غليان في الحرارة إنتقال من أكبر السائل إلى السطح من الحرارة إنتقال يكون .
.
2
-
البخار حمل
steam load
المحطة تشغيل بدء أثناء
plant start-up
من أو طويلة فترة بعد
الحالة
الباردة
مطلو البخار يكون ،
ب
ا
قري النظام لجعل موحد بشكل النظام لتسخين
ب
العمل حرارة درجة من ا
working temperature
للنظام العادية
.
(
التسخين حمل
أو
اإل
حماء
warm-up load
)
ب المرتبط البخار حمل هو
أ
المحطة تشغيل بدء أثناء البخار ستهًلك
.
3
-
تعم التي للمراجل يالنسبة
الصلب بالوقود ل
solid fuel-fired boilers
مرجل فأن
AFBC
أ يعني
الغًلف في المميعة الطبقة حتراق
الجوي
Atmospheric Fluidized Bed Combustion
الفرن ضغط يكون حيث ،
furnace pressure
الجوي الضغط هو
.
وي
رمز
مرجل
CFBC
إلى
مرجل
األ
المميعة بالطبقة حتراق
التداورية
circulating fluidized bed combustion
ويتم الفرن ضغط ويتم ،
الحرارية الكفاءة لزيادة ، المحترق غير الكربون اللتقاط الفرن غاز تدوير إعادة
thermal efficiency
. للمرجل
11. 11
الحرارة أنتقال
heat transfer
عند للماء
1
جوي ضغط
atm
=
1
بار
bar
بياني رسم
يبين
الحرارة تدفق مقارنة
(
q
)
heat flux
.الحرارة بدرجة
ساخن طبق على الماء سلوك
البياني الرسم يوضح .
أ
فوق الحرارة درجة مقابل )(التدفق الحرارة نتقال
الماء تشبع حرارة درجة
(
S
T
)
saturation temperature
=
100
مئوية درجة
.
النواة غليان
Nucleate boiling
الفقاعات تتشكل
Bubbles
وتتبخر
. ببطء القطرة
القطرة
droplet
الحرارة
أنتقال
معدل
Rate
of
heat
transfer
معزولة بخار فقاعات
Isolated vapor
bubbles
األنتقالي الغليان
TRANSITION
BOILING
عنيف بأزيز يتميز
violent
sizzling
متفجر بشكل القطرة تغلي .
بالسطح تصطدم أن بمجرد
surface
.
الغشائي الغليان
FILM BOILING
أو طبقة على بهدوء القطرة تطفو
شديد ببطء وتتبخر ، بخار مسند
.
بخار
الغليان بدء
و أعمدة
منافث
بخار
Isolated vapor
bubbles
حرارة درجة
( فوق
Ts
)
مئوية درجة
م
°
بخار
vapor
12. 12
الماء غليان منحنى
Boiling Curve for water
عند
جوي ضغط
Atmosphere
(
atm
=
1
)
ال
الحرار تدفق
ي
السطحي
(
"
q
)
Surface heat flux
الزائدة الحرارة لدرجة كدالة
excess temperature
(
sat
T
–
s
= T
e
T
∆
)
: مالحظة
نقطة تشير
ليدنفروست
بداية إلى
ال
غليان
الغشائي
عند الحرارة تدفق يكون حيث الغليان منحنى على النقطة يمثل إنه .المستقر
بالكامل مغطى السطح ويكون األدنى الحد
بغطاء
بخار
ي
يحدث .
أ
التوصيل طريق عن السائل إلى السطح من الحرارة نتقال
conduction
واإلشعاع
radiation
البخار عبر
vapor
.
أنظمة
الغليان
حر حمل
إشعاع آثار
و بارزة
كبيرة
غليان
غشائي
مستقر
بداية
غليان
النواة
األنحراف نقطة
التدفق
الحراري
( الحرج
q"max
)
ليدنفروست نقطة
(
q"min
)
13. 13
ليدنفروست تأثير
Leidenfrost effect
فيزيائية ظاهرة هو
physical phenomenon
درجة لسطح ما سائل مًلمسة بسبب تحدث ،
المًلمس السائل غليان نقطة من أعلى حرارته
بسرعة الغليان من السائل تمنع البخار من عازلة طبقة مكونا ،
ا القوة هذه وبسبب ،
التنافرية
تتأرجح الدافعة
الساخن السطح فوق السائل قطرة
معه تًلمس بأي تقوم أن دون
.
إلى نسبة األسم بهذا التأثير سمي
األلماني الطبيب
بذكرها قام الذي ،فروست اليدن جوتلوب جوهان
ووصفها
خصائص بعض عن مقال في
سنة العادي الماء
1756
.
فروست ليدن قطرة
Leidenfrost droplet
4
-
التميع
Fluidization
االحتراق على للحصول معينة بنسب والهواء الوقود لخلط طريقة هو
المميعة الطبقة تعريف يمكن .
fluidized
bed
الصلبة الجسيمات من طبقة أنها على
solid particles
كسائل تتصرف
الموزع الهواء تمرير يتم عندما أنه أساس على يعمل إنه .
ب مقسمة طبقة خًلل من أعلى إلى بالتساوي
زادت إذا ولكن ، مضطربة غير الجسيمات تظل ، منخفضة بسرعة الصلبة الجسيمات من دقة
الهواء تدفق سرعة
ب
إ
نتظام
الهواء مجرى في معلقة الفردية الجسيمات تكون مرحلة إلى الوصول يتم ،
.
، أكبر بشكل الهواء سرعة زادت إذا
ت
صبح
الطبقة
مضطرب
ة
فقاعات تكوين مثل تظهر التي للجزيئات سريع خلط ويحدث للغاية
bubbles
المميعة الطبقة احتراق باسم لذلك نتيجة االحتراق عملية عرفوت ، مغلي سائل في
fluidized bed combustion
.
)أدناه (الشكل
:
14. 14
بعض تعاني
مراجل
ال
فش من محطات
ل
STOH
المائي الجدار في
بعد مباشرة
ا تشغيل بدء
لمرجل
إيقاف بعد
ال
تشغيل
الرئيسية الصيانة لغرض
major shutdown
انسداد هو ذلك في السبب يكون أن المحتمل من .
الجدار أنبوب
المائي
أعمال أثناء غريبة بمواد
ال
صيانة
مراجعة بقائمة االحتفاظ يجب .
دقيق وفحص
أي قبل من
يدخل شخص
أثناء البخار أسطوانة
إيقاف
التشغيل
األخطاء هذه مثل لتجنب
.
حالة في
المراجل
المنخفض الضغط ذات
low pressure process boilers
التغذية مياه جودة تكون حيث ،
feed
water
مثل جيدة ليست
مراجل
القدرة
و
الخدمات
power and utility boilers
تكون يؤدي أن يمكن ،
القشور
فشل إلى األنبوب داخل
STOH
.
لتجنب التالية الوقائية التدابير اتخاذ يمكن
STOH
المائي الجدار أنابيب في
:
-
تجنب
التشغيل
أثناء السريع
ال
بدء
الباردة الحالة من
cold start
عمل ممكن حد أقصى إلى
ي
ا
.
-
التشغيل بدء أثناء األسطوانة مستوى في اليدوي للتحكم الحذر درجات أقصى توخي يجب
start-up
يمكن بحيث
العادي األسطوانة مستوى من بالقرب األسطوانة مستوى على الحفاظ
.
-
التذرية
atomization
المناسبة
الوقود لزيت
fuel oil
الفحم هواء وسرعة
coal air velocity
للتحكم المناسبة
اللهب طول في
flame length
حالة في
مراجل
األشتعال
األمامي بالجدار
.
-
حالة في األربع الزوايا جميع في الفحم هواء لتدفق مناسبة موازنة
مراجل
األشتعال
( المماسي
العرضي
)
tangential fired boilers
.
-
الفوهة صحة من تأكد
nozzle
واستقامتها
straightness
صندوق في المتوازن الهواء وتوزيع
الهواء
wind box
لمراجل
AFBC / CFBC
التميع لتحقيق
fluidization
و المنتظم
المتساوي
للطبقة
.
-
في الشديد الحذر توخي
للموجودات الدقيق الفحص
أي قبل من
أثناء البخار أسطوانة يدخل شخص
التشغيل إيقاف
-
ع عدم ضمان
سر
ة
hardness
الفوسفات على والحفاظ التغذية مياه
phosphate
في
مراجل
المعالجة
process
boilers
.
ب
-
في
ومعيدات المحمصة
التسخي
ن
Super heater & Re-heaters
:
معظم في
مراجل
القدرة
و
الخدمات
المعدن حرارة درجات مراقبة تتم ،
SH / RH
درجات أن في نفكر عندما ولكن
يتم هذه الحرارة
أ
وصًلت من لتقاطها
األنابيب بمجمع األنبوب
header stub joints
في
الفرن سقف
يطرح فإنه ،
المعدن حرارة درجة تمثل هل ؛ أذهاننا في ًالسؤا
metal temperature
الساخن للغاز المعرضة للمكونات الفعلية
الفرن في
furnace
؟
األ من
أن فضل
ي
ؤخذ
رذاذ
التلطبف
attemperation spray
كمؤشر
(الرذاذ
المرجل تغذية بماء
ي
درجة خفض
إلى المرتفعة البخار حرارة
دقيقة حرارة درجة
وصح
ي
حة
المحمصة حرارة درجة تنظيم يتم أي
)
رذاذ يشير .
التلطيف
أجزاء بعض في البخار حرارة درجة أن إلى العالي
SH / RH
حرارة درجة وكذلك ، تكون أن يفترض مما أعلى
المعدن
،
و
لقد
مناقشة تمت
ضد المعدن حدود
مديات
انحراف
إلدراك الحرارة درجة
حراجة مدى
و
المؤشر هذا أهمية
!
مدى ما هو التالي السؤال
الرذاذ كمية في الزيادة
يجب الذي
األعتبار نظر في أخذه
التلطيف لغرض
أن يجب هل ؟
من أقل ولكن قريبة الرش كمية نكون
صممةالم الكمية
؟
ولكن
الصحيح النهج يكون لن هذا
يقول .
الرأي
إن العملي
15. 15
الشركة
األصلية
الم
للم صنعة
عدات
OEM
ببعض تحتفظ
جوانب
مع األمان
األعتبار بنظر األخذ
أ
ختبا
األداء ضمان ر
(
PG
)
Performance guarantee test
يجب لذلك .
بذل
قصارى
الجهد
لضبط
العوامل
حتى التشغيلية
ت
حق
ي
ق
ا رذاذ من األدنى الحد
لتلطيف
حرارة درجات كانت إذا .
الغاز جهة
متاحة
مدخل عند
ال
محمصة
الوسطية
في
سقف
الفرن
platen superheater
منطقة وفوق
الفرن (عنق الفرن سقف أنحناءة
furnace nose
)
أنها المؤكد فمن ،
إمكانية تقييم في ستساعدنا
أ
الحرارة درجة رتفاع
)الزائد (التسخين
اليقين من بمزيد
.
: مالحظة
-
منطقة في عام بشكل
الفرن عنق
الممرين ذات
الموجودة
لغازات مسار إلعطاء المرجل في
المدخنة
flue gases
التالي الممر إلى
منطقة قبل .
عنق
الفرن
يتم ،
أنتقال
اإلشعاع خًلل من الحرارة
radiation
، المنطقة هذه على نطلق لذلك ،
Radiation Zone
منطقة وبعد
العنق
يتم ،
أنتقال
خًلل من الحرارة
الحمل
الحراري
Convection
.
-
المحمصة
الوسطية
:
ا
العلوي الجزء في الموجودة ألنابيب
الغاز حرارة درجة تكون حيث الفرن من
ات
مرتفعة
.
أنابيب وتتلقى
المحمصة
جدا عالية إشعاعات
باإل
ضافة
إ
لى
من ثقيل عبء
الرماد
.
وتكون
آلية
الحرارة إنتقال
:
منخفض حراري وحمل عالي إشعاع
.
الحرارة
heat
في الملتقطة
SH / RH
وبالتالي ، معقولة حرارة هي
فهي
المعادلة تتبع
H = mCΔt
.
ف
كان إذا
أرتفاع
الحرارة درجة
الملتقطة
البخار كتلة تدفق انخفاض بسبب إما ذلك فسيكون ، أكبر
mass flow
بسبب أو ، خًللها من
أ
الحرارة رتفاع
الملتقطة
.
المفرط المنخفض التدفق يحدث قد
إلى يؤدي قد الذي
STOH
األ بسبب
الموضعي نسداد
local blockage
.
أنظمة مع
المراجل
ي ، األيام هذه المرتفعة الحرارة درجة ذات
ت
األ قشر
و
المعدني كسيد
metallic oxide
االنحناءات في ويتراكم
bends
ي وقد
قيد
حددي أو
التدفق
. أحيانا
قد
ي
ؤدي
منخفض بحمل المتكرر التشغيل
low load operation
أيضا
حالة إلى
المفرط التسخين
ال عادة ولكنها ،
في للتسبب يكفي بما عالية تكون
STOH
.
قد ، أخرى ناحية من
ت
كون
لتقطةالم العالية الحرارة
ناتجة
عن
ال
السطح مساحة
ية
surface area
عن تزيد التي
الم لهذا المطلوبة
التصميم في مشكلة وهي ، كون
design
س ، الحالة هذه في ، ذلك ومع .
ي
ا واجه
المرجل
فشًل
في
أنبوب
SH / RH
بسبب
STOH
التشغيل بعد مباشرة
( التجريبي
إ
)الجاهزية ختبار
commissioning
تحدث قد .
األ
التشغيل خطاء
ية
عالية حرارة درجة إلى تؤدي التي
جدا
للغاز
ات
منطقة في
SH / RH
الخبث / السخام ترسب بسبب
soot/ slag
على
ال
الما جدار
ئي
.
عادة لذلك
الجدار نفخ يكون ما
wall blowing
اإل هو
مجموعة من الفورية ستجابة
)شغلين(الم التشغيل
ارتفع كلما
كمية ت
رذاذ
التلطيف
كبيرة بدرجة
.
إلى تؤدي التي الرئيسية التشغيل قضية ستكون
أ
الغاز حرارة درجة رتفاع
ات
منطقة في
SH / RH
حالة هي
األ
حتراق
الثانوي / المتأخر
delayed/ secondary combustion
التجربة خًلل ومن ،
،
أن تبين
عشرة كل من تسعة
فشل حاالت
STOH
أنابيب في
SH / RH
المشكلة هذه عن ناتجة
.
أن
نسبة
ااألساسي الهواء كمية / الثانوي الهواء كمية
( األولي أو
SA / PA ratio
)
Secondary Air flow / Primary Air flow
و
دقائق
الوقود
fuel fines
هما
حالة في تصحيحهما يجب اللذان الرئيسيان العامًلن
المراجل
بالفحم تعمل التي
coal fired boilers
التسخين سيكون .
heating
المناسب
والتذربة
atomization
المناسبة
حالة في تصحيحها يجب التي العوامل من للزيت
المراجل
بالزيت تعمل التي
oil fired boilers
.
16. 16
: مالحظة
(
SA / PA
)
:
ي
األساسي الهواء ستخدم
PA
الدقيقة الفحم جسيمات لنقل
fine coal particle
أرضية إلى الفحم مطحنة من
المرجل
على
أ
المتطلبات حسب مختلفة رتفاعات
حيث
يتم
أ
ستخدام
بحيث الفحم مطحنة في الرطب للفحم المسبق للتسخين األساسي الهواء
مطلو الطاقة من األدنى الحد يكون
ب
أل ا
حتراقه
.
لتوفر نظرا و
(
23
٪
)
األ من فقط
و
كسجين
Oxygen
بالوزن الهواء في
.
و
أل
حتراق
ج عالية كمية وجود يلزم ، المرجل داخل الفحم من كبيرة كمية
د
األ من ا
و
كسجين
سي .
تم
أ
األ متطلبات ستكمال
و
طريق عن هذه كسجين
الثانوي الهواء
SA
مراو بواسطة توفيره يتم الذي
القسرية السحب ح
forced draft fans
خًلل من
ممرات
ducts
.
الهواء هذا يأتي
وبالتالي ، للهواء المسبق التسخين عبر الثانوي
تزداد
درجة د
ال
األ في سيساعد وهذا ، حرارة
حتراق
combustion
.
الحرارة درجة ارتفاع
)الزائد (التسخين
القصير المدى على
ألنبوب
SH-RH
Short Term Overheating
مقدمة
Introduction
أنبوب فشل يحدث
( المحمصة
SH
)
superheater
أنبوب أو
معيدة
التسخين
(
RH
)
reheater
درجة ارتفاع بسبب
القصير المدى على الحرارة
short-term overheating
البخار تدفق ينقطع عندما
flow of steam
يبرد الذي
جزئ األنبوب
ي
كل أو ا
ي
عاد ، ا
ة
االنسداد من نوع بسبب
blockage
في
بالمرجل والبخار الماء دورة
water/steam
circuit
مما ، االنسداد مجرى اتجاه في المعدن حرارة درجة في سريعة زيادة إلى التدفق انقطاع يؤدي .
إلى يؤدي
في مفاجئ انخفاض
ومقاومة متانة
strength
األنبوب مادة
التشغيل ضغط عند األنبوب كان إذا .
operating
pressure
قري أو
ب
االنتفاخ في فسيبدأ ، منه ا
swell
وسيستمر
يتمزق حتى االنتفاخ
)(ينفجر
األنبوب
tube ruptures
خًلل .
حالة
تغ تحدث قد ، الحرارة درجة ارتفاع
الدقيقة البنية في ييرات
microstructural
من يجعل مما المادة في
القصوى الحرارة درجة تقدير الممكن
maximum temperature
التمزق قبل مباشرة إليها الوصول تم التي
rupture
.
وصف
اآللية
Description
Mechanism
فشل آلية تتضمن
mechanism of failure
درجة في نسبيا سريعة زيادة القصير المدى على الحرارة درجة ارتفاع
التبريد سائل أنبوب عبر للتدفق الكامل أو الجزئي االنقطاع بسبب المعدن حرارة
cooling fluid
.
و
الرتفاع استجابة
تنخفض ، الحرارة درجة
مقاومة
الداخلي الضغط تأثير وتحت المادة
internal pressure
يبدأ ،
االنتفاخ في األنبوب
swelling
اعتما .
د
حادثة أثناء إليها الوصول تم التي القصوى الحرارة درجة على ا
التسخين
الزائد
يحدث أن يمكن ،
السمكة فم نوع من تمزق شكل على وسيظهر دقائق غضون في الفشل
fish-mouth type rupture
بالتوازي موجه
محور مع
axis
األنبوب
عاد .
ة
ليونة تزداد ما
)ممطولية ، (لدونة
المادة
material ductility
، الحرارة درجة مع
رقي النهائي التمزق يكون بحيث
ق
ا
)الشفة (رقيق
thin-lipped
وجود مع
انتفاخ
منطقة في واضح كبير
الزائد التسخين
overheated area
.
ذلك ومع
درجة للتعرض القصوى الحرارة درجة تتجاوز عندما ،
العليا التحول حرارة
upper transformation temperature
انخفا ستشهد المادة حرارة درجات بعض فإن ،
ض
وفي ، اللدونة في ا
ت قد الحالة هذه
حواف ظهر
)(حدود
الترق من معتدلة درجة التمزق
ي
ق
thinning
و
االنتفاخ
محدودية أكثر يكون قد
.
المع الفحص سيؤكد ، الحاالت هذه مثل في
دني
الميتالورجي (الفحص
metallurgical examination
لمنطقة )
ا
اعتما .االنهيار قبل مباشرة العليا الحرج التحول حرارة درجة تجاوزت قد الحرارة درجة أن حقيقة لفشل
د
طبيعة على ا
فترة تسبق أن يمكن ، االنسداد
التسخين
ال الشديد الزائد
ذي
ي
إلى ؤدي
حالة
ال
فشل
بسبب
على الحرارة درجة ارتفاع
17. 17
القصير المدى
،
من أطول فترة
الزائد التسخين
المعتدل
moderate overheating
حيث
يسبب
الجزئي االنسداد
partial blockage
متوسط ارتفاع البخار لتدفق
حدوث إلى يؤدي مما المعدن حرارة درجة في
( ضرر
تلف
)
damage
درج ارتفاع حالة في شيوعا أكثر .
الطويل المدى على الحرارة ة
long-term overheating
.
المواقع
الشائعة
Typical Locations
نظ
ر
القصير المدى على الحرارة درجة ارتفاع فشل في يتسبب الذي االنسداد ألن ا
short-term overheating
غال يحدث
با
االنحناءات في
bends
في السفلية
دورات
التسخين ومعيدة المحمصة
،
الشائع الفشل موقع فإن
يكون
(فقط قريب
في
من التدفق أتجاه
السفلية االنحناءات هذه )
تصميم فإن ، ذلك ومع .
الدورات
المواد توزيع سيما ال ،
وسم
ك
الجدار
wall thicknesses
عبر
الدورة
على موقع في فشل حدوث في يتسبب أن يمكن ،
)(مرحلة جزء
المخرج
outlet leg
بعي
د
اال عن ا
من بالقرب ، المثال سبيل على ، نسداد
تغير
ماد
ذو الجزء في المعدن ة
ال
مقاومة
المنخفضة
للزحف
lower creep strength
.
سمات
)(معالم
Features
انتفاخ
األنبوب
Tube swelling
كسر أو تمزق
السمكة فم نوع
Fish-mouth type rupture
تمزق
كسر أو
الرقيقة الشفة
Thin lipped rupture
الجذرية األسباب
Root Causes
يكون أن يمكن
مصادر عدة هناك
الذي لًلنسداد
عنه ينتج
الفشل حاالت
الزائد التسخين بسبب
القصير المدى على
short-term overheating failures
مثل ،
األ
و
كسيد
ال
م
قشر
Oxide exfoliated
أنابيب من
ال
فوالذ
األ
وستينيتي
ال
للصدأ مقاوم
austenitic stainless
إ أثناء
( طفاء
إ
)تشغيل يقاف
الوحدة
shutdown
(غال
ب
اإل يكون ما ا
طفاء
السريع
rapid shutdown
)
وسمك حجم سيؤثر .
أو الشرائح
الم الرقائق
قطر ونصف ، األنبوب وحجم ، قشرة
radius
أنحناء
األنبوب
tube bend
حدوث احتمالية على ،
ونمو
ذ حدوث عند االنسداد
لك
.
القشور
Scale
أو
المخلفات
المتبقي
ة
التنظيف بعد االنحناءات قاع في
)(الغسل
الكيميائي
chemical cleaning
غير
سواء صحيح بشكل المكتمل
التسخين معيدة أو المحمصة ألنابيب
الفرن جدران أو
furnace walls
.
الصيانة أثناء األنابيب في قصد غير عن المواد ترك
maintenance
مثل
المواد
التجليخ أحجار
grinding rocks
و ،
أسًلك
اللحام
weld rods
اللحام ورذاذ ،
(
المنصهرة المواد من قطرات
droplets of molten material
اللحام أثناء تناثرها يتم التي
)
weld spatter
اآلالت وخراطة ،
machine turnings
إلخ ،
.
يساهم أن يمكن
الزائد اللحام معدن
Excess weld metal
الزائد األختراق (أي
Excess Penetration
)
لألنابيب
منطقة تقييد طريق عن القصير المدى على الحرارة درجة ارتفاع في الصغير القطر ذات
مساحة أو
عبر بشدة التدفق
األنبوب
.
التكثيف نواتج
Condensate
أثناء االنحناءات قاع في تتجمع التي
التوقف فترة
outage
أثناء سيما ال ،
بدء
التشغيل
السريع
rapid start-up
للمرجل
.
18. 18
: مالحظة
ال
فوالذ
األ
وستينيتي
ال
للصدأ مقاوم
austenitic stainless
،
سبيكة إلى األوستنيتي يشير
alloy
أسا تتكون
س
األوستينيت من ا
وهو
استخدا للصدأ المقاوم الفوالذ درجات أكثر
م
ا
سبائك تحتوي .
النيكل من عالية نسبة على األوستنيتي
nickel
والكروم
chromium
والفوالذ ، يجعلها مما ،
steel
للتآكل المقاومة شديد ، منها المصنوع
corrosion
.
مجموعة في للصدأ المقاوم األوستنيتي الفوالذ يستخدم
ذلك في بما ، التطبيقات من واسعة
:
الطائرات
Aircraft
،
المطاب تجهيزات
خ
،
والمشروبات األغذية معدات
،
صناعية معدات
،
تم كما
في للصدأ المقاوم األوستنيتي الفوالذ استخدام
حمصاتالم
superheaters
ومكونات
التسخين
والنووية التقليدية الطاقة لمحطات
conventional and nuclear power plants
.
قشرالم األوكسيد
في
المحمصة أنبوب
التصحيحية اإلجراءات
Corrective Actions
االنسداد لسبب األولي التحديد يكون أن يمكن ، القصير المدى على الحرارة درجة ارتفاع في فشل حدوث عند
blockage
مفي
د
للفحص المناسب النطاق تحديد في ا
القشور هو االنسداد سبب كان إذا ، المثال سبيل على .
المعدنية
exfoliated scale
جميع فحص الضروري من يكون فقد ،
األنابيب مجمعات
بح
ثا
و انسداد على دليل عن
ا
نتفاخ
األنبوب
اإل التصوير من كل نجح ،مباشر بشكل االنسداد عن للكشف .
شعاعي
radiography
والتقنيات
المحسنة الكهرومغناطيسية
enhanced electromagnetic
المغنا التجاذب مع الحال هو كما ،
طيسي
magnetic
attraction
أنابيب في
الفوالذ
للصدأ القابل غير األوستنيتي
austenitic stainless tubing
على الحصول يمكن .
المباشر غير الكشف
Indirect detection
اتجاه في األنابيب قطر قياسات طريق عن االنسداد عن
نحو التدفق
االنحناءات
bends
عن للكشف
االنتفاخ
ك إذا .
هو االنسداد سبب ان
خلفاتالم
المتبقي
ة
فإن ، الكيميائي التنظيف بعد
تدوير هو بنجاح استخدامه تم الذي اآلخر األسلوب
circulation
الماء
الساخن
warm water
متبوعا األنابيب عبر
بالماء االنحناء مجرى اتجاه في األنبوب تسخين من للتحقق بسيط يدوي بفحص
.
تأكيد الضروري من
الضرر تسبب التي اآللية
damage
إلى الوحدة عودة قبل المناسب التصحيحي اإلجراء واتخاذ
الخدمة
service
تكرار لتجنب
حاالت
الفشل
failures
وضو واألكثر األولى الخطوة .
ح
جميع تحديد من التأكد هي ا
المسدودة األنابيب
blocked tubes
العوائق وإزالة
إلزالة كمتابعة .
في الموجود األنبوب فحص يجب ، االنسداد
بح االنسداد مجرى اتجاه
ثا
وجود على دليل عن
انتفاخ
وحيث ،
ما
يتجاوز
االنتفاخ
(على عليه المتفق المستوى بعض
، المثال سبيل
2
ألنابيب ٪
SH
و
4
ألنابيب ٪
RH
استبداله ينبغي )
عن ناتج االنسداد أن في اشتبه إذا .
معدني تقشر
19. 19
أناب من
يب
األ
غير وستنيتي
ال
األ وحالة نوع لتحديد األنابيب تلك من عينات فحص فيجب ، للصدأ قابلة
و
كسيد
oxide
أسطح على الموجود
جانب
البخار
steamside surfaces
.
موقع
ل
الوسطية المحمصة في فشل
سخنةالم
باألشعاع
Location of failure in radiant platen superheater
20. 20
المراجع
References
1- Ansuman Sen Sharma; India Boiler dot Com
2-Google Translate.
3- Wikipedia- the free encyclopedia ويكيبيديا
،
الموسوعة
الحرة
4- Dictionary of Engineering – Second Edition - McGraw-Hill
5- https://www.almaany.com/ موقع
المعاني
6
-
إصدارات
مجمع
اللغة
العربية
بالقاهرة
:
مجموعة
المصطلحات
العلمية
والفنية
–
المجلد
21
سنة
1979
والمجلد
27
سنة
1988
والمجلد
42
سنة
2002
،
ومعجم
مصطلحات
الهندسة
الميكانيكية
–
الطبعة
األولى
1998
،
ومعجم
الفيزياء
2009
6
-
معجم
المصطلحات
العلمية
والفنية
والهندسية
-
أحمد
شفيق
الخطيب
-
2005