زیاد طول کشیده است؟ صفحه بارگذاری را ببندید.

مکانیزم تخریب تجهیزات توربین گاز

0

۱- مسیر داغ توربین گازی

بخش‌های مسیر داغ نیروگاه‌های گازی عموماً در درجه حرارت‌های بالاتر از ۳/۰ درجه حرارت مذاب ماده تشکیل‌دهنده‌شان کار

می‌کنند. افزایش درجه حرارت در توربین‌های گازی باعث موفقیت‌هائی در افزایش راندمان و توانائی واحدهای گازی شده است. اما

تخریب ناشی از درجه حرارت بالا در توربین‌های گازی به مراتب بحرانی‌تر و سریع‌تر از نیروگاه‌های بخاری می‌باشد. درجه حرارت گاز

ورودی به بخش توربین‌های گاز معمولاً بالاتر از ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌باشد که خود می‌تواند باعث پدید آمدن انواع جدیدی از

تخریب‌ها نظیر خوردگی داغ و اکسیداسیون در درجه حرارت بالا باشد. استفاده از سوپرآلیاژها و عملیات پوششی ویژه روی برخی

قسمت‌ها نظیر پره‌ها به همین دلیل می‌باشد. بیشترین تخریب‌ها در یک توربین گاز در مسیر گاز داغ و روی پره‌ها، نازل‌ها و در دراز

مدت روی روتور و پوسته ممکن است صورت پذیرد. بهره‌برداری غیر عادی از توربین گاز باعث تخریب در اینگونه قسمت‌ها می‌شود. از

جمله شرایط کارکرد نیروگاهی که باعث افزایش درجه حرارت و تشدید اینگونه خرابی‌ها می‌شوند می‌توان کار توربین گاز در شرایط بار

ماکزیمم (Peak Load) و انواع استارت‌ها و توقف‌ها را نام برد. شرایطی که توربین گاز در حالت بار ماکزیمم (Peak Load) کار

می‌کند معمولاً شرکت‌های سازنده ضریبی بین ۲ تا ۴ برای محاسبه ساعات کارکرد معادل در نظر می‌گیرند که این به دلیل بالا رفتن

درجه حرارت کارکرد قطعات مختلف بوده و موجب کاهش عمر آنها می‌شود. همچنین نوع سوخت مصرفی و شرائط محیط (مثل

رطوبت) و نیز تعداد استارت‌ها روی عمر قطعات تأثیر قابل توجه دارد. بطوریکه هر قدر سوخت مصرفی از نوع سبک‌تر باشد و رطوبت

محل نصب واحد کمتر باشد و نیز تعداد استارت و استپ واحد کمتر باشد، عمر واحد بیشتر خواهد بود. در جدول (۱-۱) که به عنوان

نمونه ارائه می‌شود، اثر تغییر نوع سوخت روی عمر قطعات واحد بخوبی روشن است.

جدول (۱-۱): جدول عمر قطعات توربین گاز واقع در مسیر گاز داغ در رابطه با نوع سوخت و تعداد استارت

اعداد ذکر شده برای تمام واحدها یکسان نیست ولی روند تغییرات برای تمام آنها کمابیش صادق است. مشاهده می‌شود که در

سوخت گازوئيل بعلت خوردگی‌های شیمیایی قطعات عمر کمتری نسبت به کار واحد با سوخت گاز دارند، و نیز پیداست که در سوخت

مخلوط به علت آنکه به مراتب ترکیبات شیمیایی حاصل از احتراق، خورنده‌تر می‌شوند، عمر قطعات کمتر می‌گردد تا آنجا که عمر

بستک‌های احتراق (لاينر) در حالت استفاده از سوخت مخلوط نسبت به سوخت گاز به ۳/۱ و نسبت به سوخت گازوئیل به حدود ۲/۱

می‌رسد. البته این مقایسه با در نظر گرفتن تعداد استارت‌های ثابت انجام شده است.

همانطوریکه در جدول دیده می‌شود عمر قطعات وابستگی خیلی شدیدی به تعداد استارت‌های انجام شده روی واحد دارد. چنانچه

مثلا عمر بستک‌های احتراق (لايند) زمانی که واحد با سوخت گاز کار می‌کند، با ده برابر کردن تعداد استارت‌ها در هر ۱۰۰۰ ساعت کار

واحد، به نصف می‌رسد و این مسئله بخاطر تنش‌های حرارتی ایجاد شده در قطعات بخاطر گرم و سرد شدن آنها در هر بار استارت و

استپ می‌باشد که در نتیجه باعث خستگی قطعات و فرسودگی و نزدیک‌تر شدن آنها به پایان عمر می‌گردد.

یکی از پارامترهای مهم بهره‌برداری داشتن اطلاعات کافی درباره عمر باقی‌مانده قطعات می‌باشد. برای این منظور مکانیزم‌های تخریب

و پارامترهای مؤثر بر آنها در واحدهای گازی باید مورد شناسائی قرار گرفته تا با تغییرات اعمالی روی برخی پارامترها بتوان میزان

تخریب در قطعات مسیر داغ را کاهش داد و یا به عبارتی دیگر عمر نامی آنها را اضافه کرد

۲- مکانیزم‌های تخریب مسیر داغ توربین‌های گاز

سهم عمده میزان تخریب در بخش‌های مختلف مسیر داغ توربین‌های گازی ناشی از درجه حرارت بالا می‌باشد. بیشترین تخریب

ناشی از اثر خزش و خستگی حرارتی یا ترمومکانیکی می‌باشد. عوامل دیگری نظیر خوردگی داغ و اکسیداسیون در درجه حرارت‌های

بالا و اصابت ذرات خارجی نیز می‌توانند باعث تخریب گردند.

با توجه به پیشرفت‌های زیادی که در زمینه ساخت آلیاژهای مقاوم، طراحی‌های پره، پوشش‌های مقاوم و مسائل مربوط به

بهره‌برداری توربین گاز صورت گرفته است ولی متأسفانه با وجود در نظر گرفتن عمر کارکرد قطعات داغ، قطعات دچار انواع انهدام‌ها

و زوال می‌شوند. مسائل مربوط به تخریب را می‌توان در دو مقوله کلی عوامل مکانیکی و خوردگی مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. عمده

عوامل مکانیکی که باعث تخریب می‌شوند عبارتند از خزش، خستگی، اندرکنش خزش و خستگی، مسئله سایش و برخورد اجسام

خارجی نیز ممکن است در این مقوله قابل بحث باشند. عامل خوردگی و اندرکنش آن با عوامل مکانیکی نیز از مقوله دوم است.

۲-۱: مکانیزم تخریب تجهیزات توربین گاز : خزش (Creep)

بطور کلی خزش تغییر شکل وابسته به زمان می‌باشد که در اجزاء مختلف تحت تنش و شرائط کارکرد در درجه حرارت‌های بالا به

صورت موثر پدید می‌آید. تخریب ناشی از خزش در اثر قرار گرفتن قطعه در دمای بالا و تحت تنش‌های کاری بوجود می‌آید. تغییرات

ابعادی غیر قابل قبول، گسیختگی خزشی و رشد ترک‌های خزشی همگی باعث تخریب قطعه می‌شوند. تغییر شکل یا کرنش ناشی از

خزش دارای رابطه مستقیم با مقادیر درجه حرارت و تنش می‌باشد. بطور مثال کرنش خزشی یک نمونه یک‌بعدی در درجه حرارت

ثابت به شکل زیر می‌تواند تعریف شود:

در این رابطه  نرخ کرنش خزشی، و  تنش، t زمان و B و n و m مقادير ثابت وابسته به رفتار خزشی مواد می‌باشند. چنانچه در رابطه

فوق m < 1 باشد نشان‌دهنده خزش در مرحله اولیه و چنانچه m = 1 باشد خزش در مرحله ثانویه و یا خزش پایدار چنانچه m > 1

باشد خزش در مرحله سوم می‌باشد که در انتهای آن نقطه شکست وجود دارد. چنانچه درجه حرارت نیز متغیر باشد بجای ثابت B

تابعی از درجه حرارت قرار خواهد گرفت. زمان شکست قطعات تحت خزش نیز مانند کرنش خزشی رابطه‌ای مستقیم با مقدار تنش و

درجه حرارت دارد. معروف‌ترین مدل ریاضی برای بیان رابطه فوق استفاده از پارامتر لارسون-میلر می‌باشد. این رابطه را به این صورت بیان کرده‌اند:

در رابطه فوق LMP پارامتر لارسون-میلر، T درجه حرارت و K و A و a و b و c و d و a ثابت‌های وابسته به زمان و t زمان شکست

قطعات است. شکل (۱-۲) نمودار لارسون-میلر را برای چند نمونه از سوپرآلیاژهای مورد استفاده در ساخت پره‌های توربین گاز نشان

می‌دهد. با توجه به نمودار شکل (۱-۲) حساسیت زمان شکست خزشی مواد نسبت به تغییرات درجه حرارت بسیار شدیدتر از تغییرات

تنش می‌باشد. در بیشتر موارد افزایش تنها ۱۰ درجه سانتی‌گراد به دمای کارکرد یک قطعه می‌تواند باعث تقليل عمر خزشی آن به حد

نصف گردد. بطور مثال سوپرآلیاژ IN738LC را در نظر می‌گیریم که در دمای C°۸۰۰ درجه سانتی‌گراد تنش Mpa250 زمان شکست

خزشی آن برابر ۲۷۳۰۰ ساعت می‌باشد. حال چنانچه دما به اندازه ۱۰ درجه سانتی‌گراد اضافه گردد و

شكل (۱-۲) نمودار لارسون-میلر برای چند نمونه از سوپرآلیاژها

برابر C°۸۱۰ درجه سانتی‌گراد باشد و مقدار تنش تغییر نکند زمان شکست خزشی ماده فوق به h16240 ساعت تقلیل پیدا خواهد

کرد. چنانچه مشاهده می‌شود با افزایش تنها ۱۰ درجه سانتی‌گراد به درجه حرارت کارکرد، عمر خزشی نمونه فوق بیشتر از ۴۰% کاهش

یافته است. حساسیت فوق در مورد دیگر سوپرآلیاژها و فولادهای آلیاژی نیز صادق است. حال چنانچه دما را ثابت بگیریم و تنش را

به اندازه Mpa10 افزایش دهیم زمان شکست خزشی برابر h21160 ساعت خواهد بود.

مثال فوق نشان می‌دهد که اگر تغییرات درجه حرارت و تنش به یک نسبت باشد مقدار تغییر عمر با کاهش درجه حرارت دو برابر

مقدار تغییر عمر با کاهش تنش می‌باشد. اگرچه تغییرات و حساسیت‌های فوق در مورد قطعات با تنش‌های چند محوره نیز صادق

است ولی ارزیابی طول عمر آنها به سادگی مثال بالا نمی‌باشد.

جهت ارزیابی طول عمر قطعات با تنش‌های چند محوره معیارهای مختلفی پیشنهاد گردیده که ساده‌ترین و عملی‌ترین آنها با توجه به

دیتاهای شکست ثبت شده از مواد مختلف در گذشته، معیار شکست زمانی می‌باشد که آن را به شکل عددی یا فرم Discrete Time زیر می‌توان نوشت:

در این رابطه  مقدار فاصله زمانی در مرحله iام و tr زمان شکست خزشی متناظر با تنش مرحله iام می‌باشد. در این رابطه چنانچه

D = l شود، معنی آن این است که تخریب به طور کامل واقع شده و قطعه مورد بررسی به مرحله شکست یا شروع ترک رسیده است.

با استفاده از معیارهای فوق و دیتاهای مربوط به زمان شکست نمونه‌های یک‌بعدی در محدوده تغییرات تنش و درجه حرارت قطعه

(رابطه ۲) و آنالیز خزشی (تغییرات تنش و کرنش نسبت به زمان) که ممکن است با استفاده از روش المان‌های محدود به دست آید

عمر خزشی یک قطعه می‌تواند محاسبه گردد.

۲-۲: مکانیزم تخریب تجهیزات توربین گاز : خستگی (fatigue)

از جمله عواملی که باعث تخریب و شکست قطعات می‌شود خستگی ناشی از بارهای نوسانی می‌باشد. انواع خستگی‌ها در نگرش

تعداد سیکل‌های بارگذاری تا زمان شکست به دو نوع LCF (Low Cycle Fatigue)، (High Cycle Fatigue) HCF دسته‌بندی

شده‌اند. بطور کلی زمانیکه تعداد سیکل‌های شکست یک ماده در کمتر از ۱۰ سيكل اتفاق می‌افتد خستگی از نوع LCF و زمانیکه

تعداد سیکل‌های شکست در بیشتر از ۱۰ سیکل ایجاد می‌گردد خستگی از نوع HCF گفته می‌شود. معمولاً در خستگی‌های از نوع

LCF مقدار کرنش ناشی از تغییرات بار قابل توجه می‌باشد. تفاوت بارز دو نوع خستگی LCF و HCF در این است که در نوع LCF

بیشترین زمان عمر یک قطعه در حضور ترک سپری می‌شود در حالی که در نوع HCF عمر یک قطعه در حضور ترک کمتر از ۲۰٪ كل

عمر قطعه می‌باشد. اما انواع خستگی ممکن است از دیدگاه نوع بار نوسانی نیز تقسیم‌بندی گردند. نظیر خستگی مکانیکی،

ترمودینامیکی و حرارتی. معمولاً خستگی مکانیکی ناشی از تغییرات بارهای مکانیکی نظیر نیرو با فشار ایجاد می‌گردد. خستگی

ترمودینامیکی از تغییرات تنش ناشی از تغییرات گرادیان درجه حرارت نسبت به زمان روی یک قطعه حاصل می‌شود. خستگی حرارتی

ناشی از تغییر کرنش‌های ناشی از تغییرات درجه حرارت می‌باشد که لزوماً با تغییرات تنش توأم نمی‌باشد. برخی نیز نوع خستگی را

که در آن حرارت نقش تغییرات کرنش را ایفا می‌کند اعم از اینکه باعث افزایش تنش شود یا خیر، خستگی حرارتی نامیده‌اند. جهت

محاسبه عمر خستگی یک قطعه اعم از اینکه نوع بارگذاری به چه شکل باشد به آنالیز تنش-کرنش قطعه در حالت الاستیک و در

صورت لزوم در حالت الاستیک-پلاستیک نیاز می‌باشد. پس از یافتن مقادير تنش‌ها و تغییرات آنها در مورد یک قطعه که برای قطعات

پیچیده نیاز به روش المان‌های محدود می‌باشد و داشتن نمودارهای عمر خستگی مربوط به نمونه‌های یک‌بعدی و استفاده از قانون

شکست (Damage Rule) برای قطعات تحت تنش‌های چند محوره می‌توان عمر خستگی یک قطعه را محاسبه نمود. معمول‌ترین

معیار شکست در مورد قطعات تحت اثر خستگی قانون (Palmgren Miner) می‌باشد که فرض می‌کند میزان خرابی‌های بوجود

آمده در زمان‌های مختلف می‌تواند به صورت افزایشی و خطی با یکدیگر جمع گردند.

در این رابطه N تعداد سیکل‌های کاری در زمان  و N تعداد سیکل‌های شکست متناظر با تنش یا کرنش ایجاد شده در زمان t

می‌باشد. چنانچه ۱=D شود شکست یا شروع ترک اتفاق خواهد افتاد در نیروگاه گازی خستگی ناشی از نوسانات بار می‌تواند در غالب

نوع HCF قلمداد گردد و خستگی‌های حرارتی ناشی از انواع توقف‌ها بدلیل تغییرات قابل توجه کرنش اعمالی از نوع LCF می‌باشند.

بنابراین در بخش‌هایی از نیروگاه گازی نظیر نازل‌ها که مکانیزم قالب تخریب از نوع خستگی حرارتی می‌باشد مشاهده می‌گردد که

ترک‌های ریز به صورت زودرس ایجاد شده‌اند ولی توربین با حضور آنها به کار خود ادامه می‌دهد. این نوع خرابی‌ها از نوع LCF بوده

و در برخی موارد قطعه مزبور می‌تواند تا بیش از ۸۰٪ عمر خود را به همراه حضور ترک‌های فوق سپری کند. اینگونه خستگی‌ها ناشی

از انواع راه‌اندازی‌ها و توقف‌ها در زمانی که سیستم در حالت گذرا کار می‌کند می‌باشند. از آنجایی که این نوع تخریب بستگی مستقیم

به گرادیان درجه حرارت دارد و گرادیان درجه حرارت بستگی مستقیم به نحوه راه‌اندازی‌ها و توقف‌ها دارد لذا کار روی پارامترهای فوق

جهت کاهش میزان تخریب و افزایش عمر قطعات لازم و ضروری به نظر می‌رسد. از آنجایی که همواره ممکن است اندرکنش

پدیده‌های خزش و خستگی روی قطعات مختلف واحدهای گازی موجود باشد جهت محاسبه عمر آنها مجموعه خرابی‌های دو عامل

باید مورد نظر قرار گیرند. بدین منظور یک فرضیه ساده از جمع جبری مقادیر تخریب بدست آمده از روابط (۳) و (۴) می‌باشد. در این

صورت چنانچه خرابی‌های فوق برابر یک شود (۱=D) زمان شکست قطعه فرا رسیده است.

۳- رفتار متالوژیکی آلیاژهای بکار رفته در توربین گاز

آلیاژهای بکار رفته در توربین گاز معمولاً از جنس سوپرآلیاژهای پایه نیکل (پره‌های متحرک) و پایه کبالت (پره‌های ثابت) می‌باشد.

سوپرآلیاژها موادی هستند که در حرارت‌های بالا دارای استحکام مکانیکی بالا و مقاوم در برابر از بین رفتن سطح (خوردگی)

می‌باشند. سوپرآلیاژهای پایه نیکل از مهم‌ترین و پرکاربردترین آلیاژها در مقایسه با سوپرآلیاژهای پایه کبالت یا آهن بشمار می‌رود.

وجود نیکل به عنوان فلز پایه می‌تواند باعث استحکام‌پذیری این آلیاژ شود. با آلیاژی نمودن این فلز با کرم و یا آلومینیوم و توان

پایداری سطح آلیاژ بدست آمده را جهت کارهای مختلف محیا نمود. از مهم‌ترین اجزا توربین گاز پره‌های ثابت و متحرک آن می‌باشد.

این دو قسمت از توربین در معرض محصولات احتراق خورنده، خزش و گسیختگی، خستگی حرارتی و داکتیلیتی قرار دارند. یکی از

اهداف نیروگاه تولید برق بالا بردن میزان تولید می‌باشد. این مهم بستگی به افزایش راندمان و کارایی توربین دارد. لازمه این امر

توسعه آلیاژهای مورد استفاده، طراحی سیستم‌های خنک‌کن پیشرفته‌تر و اعمال پوشش مناسب می‌باشد. بالا بردن دمای کاری پره‌ها

با وجود عوامل خورنده و عوامل مکانیکی، همیشه باعث محدودیت می‌شود. به نظر می‌رسد که صنعت در آینده تمایل دارد که از

آلیاژهایی که به طریق انجماد جهت‌دار و یا از پره‌های تک کریستالی تولید می‌شوند استفاده کند.

جدول (۱-۳) درصد مواد بکار رفته در قسمت‌های داغ توربین گاز را نشان می‌دهد.

۳-۱: پره‌های ثابت با نازل‌های توربین

همانطور که می‌دانیم کار نازل انتقال صحيح گازهای حاصل از احتراق به پره‌های متحرک می‌باشد. پره‌های ثابت تحت خوردگی داغ،

خوردگی سایشی، خستگی حرارتی و خزش قرار دارند. آلیاژهای بکار رفته در نازل‌ها معمولاً سوپرآلیاژهای پایه نیکل و یا کبالت

می‌باشد. طول عمر کاری پره‌های ثابت در حدود ۱۰۰۰۰۰ – ۳۰۰۰۰ ساعت می‌باشد. با توجه به اینکه دمای کار آنها در حدود ۹۰۰ درجه

سانتی‌گراد می‌باشد.

جدول (۱-۳) درصد مواد مختلف بکار رفته در قسمت‌های داغ توربین گاز

باید سیستم خنک کاری مناسبی برای آن در نظر گرفته شود. عمده‌ترین نیروی وارده بر پره‌های ثابت، نیروی خمشی و نیروهای ناشی

از گرادیان حرارتی است که در حین راه‌اندازی به آن وارد می‌شود ولی نیروی گریز از مرکز به آن وارد نمی‌شود.

۳-۲: پره‌های متحرک

پره‌های متحرک از مهم‌ترین قسمت‌های توربین گاز به شمار می‌رود. وجود شرایط خورنده و نیروهای گریز از مرکز که در نهایت باعث

انواع زوال در پره‌های توربین می‌شود باعث شده است تا محققین برای کشف آلیاژهای برتر، طراحی‌های مناسب به لحاظ توزیع

تنش و سیستم خنک‌کن و روش‌های پوشش‌دهی مطلوب تلاش فزاینده‌ای را داشته باشند. با توجه به شرایط بهره‌برداری و نوع

سوخت مصرفی در توربین‌های گازی از سوپرآلیاژهای پایه نیکل با درصد کرم بالا استفاده می‌شود. مشکل کرم ترد نمودن سريع آلياژ

و مزیت آن افزایش مقاومت به خوردگی سوپرآلیاژها است. سرعت رشد و پیشرفت سوپرآلیاژهای پایه نیکل جهت پره‌های توربین از

سال ۱۹۵۰ تا کنون به ازاء هر سال ۵/۵ درجه سانتی‌گراد افزایش دمای کاری بوده است. ولی به هر حال موضوع اصلی استفاده از

سوپرآلیاژهای برتر قیمت آنها بر حسب کیلووات می‌باشد. (KW/$)

۳-۳: تأثیر عناصر آلیاژی بر خوردگی داغ و اکسیداسیون و مکانیزم تخریب تجهیزات توربین گاز

در دمای بالا مقاومت به اکسیداسیون سوپرآلیاژها وابسته به تشکیل لایه‌های محافظ Cr203 و Al2O3 می‌باشد. بنابراین آلیاژهای

پایه نیکل بایستی هر دو عنصر Cr و Al را تا حد امکان و تا جائیکه بر روی استحکام تأثیر نگذارد دارا باشد. اما از آنجاییکه افزایش

Cr باعث کاهش استحکام در دمای بالا می‌گردد سعی می‌شود که درصد کرم موجود در آلیاژ را کم کرده و برای جبران مقاومت به

خوردگی از پوشش دادن استفاده شود. باید توجه نمود که لایه اکسیدی Cr203 در دمای بالاتر از ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد CrO3 تجزیه

شده که اکسیدی ضعیف و قدرت حفاظت‌کنندگی کمی دارد. جهت کاهش مشکلات احتمالی ایجاد CrO3 در دماهای خیلی بالا مقدار

Al در آلیاژ را زیاد می‌کنند. البته باید توجه نمود که لایه Al2O3 در مقایسه با Cr2O3 در شرائط سولفیداسیون کمتر قدرت

حفاظت‌کنندگی دارد که به همین دلیل ضرورت عملیات پوششی در پره‌های توربین گاز را مشخص می‌کند.

۴- پوشش‌های مورد استفاده در پره‌های توربین گاز

با توجه به شرایط کاری پره‌های توربین گاز، استفاده از آلیاژهای با استحکام بالا و همچنین مقاوم به خوردگی و اکسیداسیون ضروری

است. جهت تأمین این نیازها، هنوز سوپرآلیاژی ساخته نشده است ولی با بالا بردن خواص مکانیکی در آلیاژهای مصرفی و اعمال

پایداری سطح با عملیات پوشش‌دهی می‌توان این نیازها را برطرف کرد. یک پوشش خوب و مناسب بایستی دارای شرائط زیر باشد.

  1. a) مقاوم به خوردگی و اکسیداسیون
  2. b) خواص مکانیکی مناسب
  3. c) خواص آئرودینامیکی مطلوب
  4. d) مقاوم به سایش
  5. e) چسبندگی مناسب
  6. f) فرایند پوشش‌دهی
  7. g) پایداری مرز مشترک پوشش و زمینه

سه دسته عمده پوشش‌های مورد استفاده در پره‌های توربین گاز عبارتند از پوشش‌های نفوذی، روکشی و حرارتی

۴-۱- پوشش‌های نفوذی

از معایب اصلی این روش می‌توان به تغییر ساختار زمینه در حین فرآیند پوشش‌دهی اشاره نمود که اگر فرآیند بخوبی کنترل نشود

خواص مکانیکی آن دچار افت خواهد شد.

۴-۲- پوشش‌های روکشی

مزیت اصلی این پوشش این است که بدون استفاده از عملیات نفوذ می‌توان ترکیب دلخواهی از پوشش که در برابر خوردگی و

اکسیداسیون مقاوم باشد را بدون تغییر خواص مکانیکی آلیاژ زمینه ایجاد نمود.

۴-۳- پوشش‌های حائل حرارتی

از جمله مزایای این پوشش‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

  1. a) هدایت حرارتی پایین
  2. b) انبساط حرارتی نزدیک به انبساط حرارتی سوپرآلیاژها
  3. c) مقاومت در برابر شوک حرارتی
  4. d) مقاومت در برابر خستگی حرارتی، خوردگی، سایش، اکسیداسیون
  5. e) چسبندگی و صافی مناسب
  6. f) وزن سبک
  7. g) قابلیت پوشش‌دهی اشکال پیچیده مثل ایرفویل‌ها
  8. h) قابلیت کنترل خوب ضخامت و توزیع پوشش

۵- استراتژی‌های افزایش عمر (کاهش خرابی‌ها)

همانطور که در قسمت‌های قبل عنوان شد از جمله عوامل عمده خرابی‌های قطعات مسیر داغ دو پدیده خزش و خستگی می‌باشند.

همچنین تأثیر درجه حرارت و گرادیان آن در نرخ افزایش خرابی‌ها توضیح داده شدند. از جمله شرایط کارکرد نیروگاهی که باعث

افزایش درجه حرارت و تشدید این‌گونه خرابی‌ها می‌شوند می‌توان کار توربین گاز در شرایط بار ماکزیمم (Peak Load) و انواع

استارت‌ها و توقف‌ها را نام برد. در شرایطی که توربین گاز در حالت بار ماکزیمم کار می‌کند معمولاً شرکت‌های سازنده ضریبی بین ۲ تا

۴ برای محاسبه ساعات کارکرد معادل در نظر می‌گیرند که این به دلیل بالا رفتن درجه حرارت کارکرد قطعات مختلف بوده و موجب

کاهش عمر خزشی آنها می‌شود. چنانچه قبلاً نیز توضیح داده شد افزایش حتی ۱۰ درجه سانتی‌گراد به درجه حرارت کارکرد یک قطعه

می‌تواند باعث تقليل عمر آن به حد نصف گردد. بنابراین از جمله عواملی که می‌تواند طول عمر اینگونه نیروگاه‌ها را افزایش دهد عدم

استفاده از آنها در شرایط بار ماکزیمم (Peak Load) بوده و نگه‌داشتن آنها در شرایط بار پایه (Base Load) می‌باشد. بدین ترتیب

هر ساعت کارکرد واقعی معادل یک ساعت عمر حساب شده و دیگر با ضریب‌های ۲ تا ۴ عمر نیروگاه تقلیل پیدا نخواهد کرد. از جمله

دیگر مسائل کاهنده عمر با نرخ بالا تعداد استارت‌ها و توقف‌ها می‌باشد بطوریکه بعضی از شرکت‌ها هر استارت و توقف را معادل ۱۰

ساعت کارکرد معادل محاسبه می‌کنند. البته این که راه‌اندازی و توقف از نوع سریع یا آرام، سرد و یا گرم باشد در مقدار خرابی‌های

بوجود آمده مؤثر خواهد بود. همانطور که قبلاً نیز اشاره شد خرابی ناشی از خستگی که بستگی مستقیم به گرادیان درجه حرارت

قطعات دارد عامل اصلی موضوع فوق می‌باشد. لذا پیشگیری از استارت‌ها و توقف‌های سریع می‌تواند گرادیان درجه حرارت را در

قطعات مختلف مسیر داغ کاهش داده و در نتیجه سهم تخریب ناشی از استارت‌ها و توقف‌ها کاهش می‌یابد. در برخی از مواقع

اگرچه ممکن است در شبکه نیازی به انرژی نباشد اما خاموش نکردن یک نیروگاه گازی مقرون به صرفه‌تر باشد و از آنجایی که تخریب

خزشی مواد بستگی فراوانی به مقدار درجه حرارت کارکرد آنها دارد و تغییرات حتی کوچک به اندازه ۱۰ تا ۲۰ درجه سانتی‌گراد کمتر از

درجه حرارت طراحی شده در حالت بار پایه (Base Load) باید مورد بررسی جدی قرار گیرد. در این صورت عمر خزشی قطعات

مختلف مسیر داغ حدود ۲ تا ۴ برابر عمر طراحی خواهند بود بدیهی است که این کاهش درجه حرارت با اندکی تغییرات در راندمان

توأم باشد ولی از آنجائیکه راندمان توربین گاز به نسبت درجه حرارت‌های ورودی و خروجی بستگی دارد تغییرات ۱۰ الی ۲۰ درجه

سانتی‌گراد نسبت به درجه حرارت‌های کارکرد حدود ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد ناچیز است و مقدار تغییر راندمان ناچیز خواهد بود.

منبع: غلامحسين احتشام زاده، ناصر قربانپناه “اثرات بهره برداري غيرعادي روي مسير داغ توربينهاي گازي و كاهش عمر قطعات”

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.