Напрями розвитку енергетики України

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

з дисципліни:

“Монтаж та ремонт об’єктів теплових електричних станцій”

Тема 1. Напрями розвитку енергетики України. Конструктивні матеріали і їх вибір при проектуванні, монтажі і ремонті теплоенергетичних установок.

Розвиток енергетики України

Рівень розвитку енергетики України має вирішальний вплив на стан та розвиток економіки держави, а також вирішення проблем соціальної сфери і підвищення життя людини.

Енергетика – лише одна із складових економіки держави і повинна розвиватися, виходячи з її потреб. Що торкається іншої складової, то вона може обґрунтуватися на перехресній субсидії населення і комунально-побутової сфери за рахунок галузі.

Показник питомого споживання електроенергії на душу населення в Україні прийнятий усередненим, а це характеризує технологічний рівень розвитку держави і при дуже низькому обсязі ВВП, він є несприятливим в порівнянні з показниками країн Європи.

За роки незалежності в Україні прийнято ряд документів, які визначають основні напрямки енергетичної політики, цілі, пріоритети і механізми вирішення окремих проблем. Основним інструментом реалізації цих проблем повинна стати комплексна державна програма енергозбереження. Програма державної підтримки і збільшення обсягів розвіданих запасів нафти та газу, підтримку розвитку нетрадиційних і відновлення існуючих джерел енергії малої гідро- і теплоенергетики.

З врахуванням нових реалій Кабінетом Міністрів 15 березня 2006 р. прийнята Енергетична стратегія України на період до 2030 р., яка допрацьована Міністерством палива і енергетики України. Головною задачею стратегії являється корінна перебудова паливно-енергетичного комплексу з використанням найновіших технологій, підвищення ефективності і забезпечення ринкових умов його діяльності, а також підведенням до вимог світового рівня. Наступний акцент буде зроблений на максимально ефективне використання природних паливно-енергетичних ресурсів, науково-технічного і економічного потенціалу паливно-енергетичного комплексу, створенням умов для безпечного, ефективного і стабільного функціонування енергетичного комплексу, а також сформувати систему взаємовідносин суб’єктів паливно-енергетичного комплексу, споживачів і держави.

В енергетичну стратегію включені розділи стратегічного розвитку електроенергетичної галузі, атомної енергетики, вугільної і нормативної промисловості, пріоритетні напрямки і обсяги енергозбереження, екологічні проблеми, фінансове, науково-технічне і кадрове забезпечення.

Суб’єкти ринку електроенергії матимуть можливість забезпечити значний ріст рівня рентабельності, що дозволить здійснити масштабні заходи з модернізації і реконструкції основних фондів.

В програмі передбачається введення нових блоків атомних електростанцій, модернізацію діючих енергоблоків з метою підвищення їх надійності і безпеки, а також створення повного циклу виробництва ядерного палива, будівництво атомних теплоелектроцентралей з метою заміни ядерним паливом дорогих видів палива.

Найближчим часом населення та комунально-побутові споживачі передбачається перевести на децентралізоване теплопостачання і для цього використовувати електрокотли, електроакумулюючі пристрої, електроплінтуси, електрокалорифери, теплові насоси, електропідігрівачі з метою оздоровлення екології держави.

Для вирішення поставлених задач державою з розвитку паливно-енергетичного комплексу необхідно підготувати і поповнити галузь висококваліфікованими технологічно-грамотними спеціалістами енергетиками. Ця підготовка повинна проводитись в коледжах та вищих навчальних закладах України.

Конструкційні матеріали і їх вибір при проектуванні, монтажі і ремонті теплоенергетичних установок

Для виготовлення теплообмінної, випарної, ректифікаційної і іншої тепломасообмінної апаратури широко застосовують вуглецеві і леговані сталі, кольорові метали і сплави, а також пластмаси і неметалеві матеріали.

Найважливішими показниками придатності матеріалів для виготовлення апаратури є механічні властивості, які встановлюються випробуванням зразків на міцність, пружність, пластичність, ударну в'язкість, твердість і витривалість. Крім того, матеріали піддаються випробуванням для перевірки технологічних властивостей і для виявлення їх придатності до різних способів обробки в холодному і гарячому стані, а також придатності до зварювання.

Матеріали вибирають, керуючись наступними чинниками:

- міцність в умовах високого тиску і температур;

- пластичність, що має важливе значення при змінних і ударних навантаженнях;

- схильність до старіння;

- стабільність структури в процесі термічної дії і механічних навантажень;

- стійкість до теплових ударів і різких коливань температури;

- однорідність, що характеризується відсутністю внутрішніх дефектів (розшарування, раковини, тріщини, включення чужорідних тіл, перепал і т.д.);

- чистота поверхні, що полегшує розвантаження та перешкоджає зависанню і налипанню маси на стінках апаратів і трубопроводів;

- корозійна стійкість в умовах робочого тиску, температури і концентрації агресивного середовища;

- здібність до зварювання і термічної обробки;

- вартість і доступність, що визначають економічну доцільність застосування.

До матеріалів, призначених для виготовлення теплообмінної апаратури, пред'являються додаткові вимоги по теплоємності, теплопровідності, термостійкості і іншим теплофізичним властивостям.

Більшість відомостей про матеріали отримують від заводів-постачальників, але у ряді випадків необхідно проводити додаткові дослідження з метою виявлення придатності їх в експлуатаційних умовах. Так, наприклад, часто проводять дослідження за визначенням швидкості корозії металу в конкретному агресивному середовищі, знаходженню режимів і способів зварювання з іншими металами і сплавами і т.д.

Конструкційні матеріали:

Основним конструкційним матеріалом, що використовується при будівництві та ремонті теплоенергетичних установок є сталі різних марок.

По хімічному складу розрізняють вуглецеву і леговану сталі, за призначенням - конструкційну, інструментальну і сталі спеціального призначення.

Конструкційні сталі у свою чергу поділяють на будівельну і машинобудівну.

До будівельних сталей відносяться швелери, двотаврові балки, кутники, арматура і інший прокат, призначений для виготовлення металоконструкцій, залізобетонних елементів будівель і споруд.

Для виготовлення ємностей і апаратів застосовуються конструкційні сталі у вигляді листового і сортового прокату, труб і поковок.

В позначенні марки перші дві цифри вказують середній вміст вуглецю в сотих долях процента. Букви за цифрами означають: С – кремній, Г – марганець, Н – нікель, М – молібден, П – фосфор, Х – хром, К – кобальт, Т – титан, Ю – алюміній, Д – мідь, В – вольфрам, Ф – ванадій, Р – бор, А – азот, Н – ніобій, Ц – цирконій.

Цифри, які стоять після букв, вказують приблизний вміст легуючого елемента в цілих одиницях. Відсутність цифри означає, що вміст цього елемента до 1,5% (по верхній межі).

Вуглецеві сталі – сплави заліза з вуглецем в яких вміст вуглецю становить від 0,06 до 2%. Чим більше вуглецю знаходиться в сплаві, тим вищі міцністні характеристики сталі, але при цьому знижуються її пластичні властивості. Сталі містять невеликі кількості домішок кремнію, марганцю, сірки, фосфору і інших елементів, які сильно впливають на механічні властивості.

Шкідливими домішками є сірка і фосфор оскільки підвищують крихкість і холодноламкість. Хром, нікель, молібден, ванадій, титан і деякі інші елементи покращують механічні властивості сталі.

Сталі звичайної якості (ГОСТ 380-71) у вигляді різного прокату знайшли широке застосування для виготовлення зварної апаратури. Для виготовлення відповідальної теплообмінної апаратури застосовують якісні сталі (ГОСТ 1050-74).

Залежно від вмісту вуглецю конструкційні сталі маркуються цифрами: 05, 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 і т.д. Із вуглецевих конструкційних сталей випускають різноманітний прокат: труби, листи, смуги, пруток, вали і інші профілі машинобудівного прокату. Маловуглецеві сталі марки 05, 08 і 10 характеризуються високими пластичними властивостями і застосовуються головним чином для виготовлення труб. Листові сталі марок 20, 25, 30 і 35 застосовуються для виготовлення ємностей, призначених для роботи під тиском до 20 МПа і температурах стінки від -40 до +450⁰С.

Згідно ГОСТ 1050-74 випускається група сталей з підвищеним вмістом марганцю: 15Г, 20Г, 25Г і т.д. Сталі цих марок володіють більшою міцністю і зберігають свої пластичні властивості при нагріванні і охолодженні, що дозволяє застосовувати їх для виготовлення деталей, що піддаються ударним навантаженням.

Для виготовлення відповідальної теплообмінної апаратури і котлів застосовуються якісні вуглецеві сталі з гарантованим хімічним складом і підвищеними механічними властивостями. Сталі марок 15К, 20К, 22К, 25К випускаються у вигляді листів завтовшки 6-60 мм. Сталі цих марок добре зварюються і використовуються для виготовлення барабанів котлів, що працюють під тиском до 25 МПа і температурі до +450°С, і теплообмінної апаратури, що працює при температурах від -70 до +450°С. Ударна в’язкість сталі 20К при температурі -70°С знаходиться в межах 0,2-0,3 МДж/м².

Леговані сталі різних марок використовують для виготовлення реакційної, теплообмінної і колонної апаратури, що працює в агресивних середовищах. Залежно від вмісту легуючих добавок сталі поділяють .на низьколеговані (до 5%), середньолеговані (5-10%) і високолеговані (више 10%). Основними легуючими елементами є нікель, хром, молібден, ванадій і титан, які підвищують корозійну стійкість і здатність металу до зварювання.

При будівництві апаратів знайшли застосування високолеговані стали марок Х18Н10Т, 0Х18Н10Т, 0Х18Н12Б і ін., що стійкі до дії концентрованих азотної, фосфорної і сірчаної кислот, однак руйнуються в слабких розчинах цих кислот.

Для виготовлення зварної теплообмінної апаратури застосовуються леговані стали марок Х18Н10Т і 0Х18Н10Т, які відрізняються хорошими механічними властивостями і можуть використовуватись в апаратах з температурою стінки від -254 до +600°С. Для роботи в високо агресивному середовищі (азотна кислота) при тиску до 100 МПа і температурах від -196 до +700°С рекомендується застосовувати леговану сталь марки Х17Н13М2Т.

Для виготовлення зварної апаратури, що працює під тиском, матеріали вибирають з врахуванням корозійної стійкості зварних швів. Матеріали повинні задовольняти вимогам «Правил будови і безпечної експлуатації посудин, що працюють під тиском» і відповідати по своїм механічним властивостям і хімічному складі рекомендаціям ГОСТ.

Відомо, що високолеговані сталі за вартістю перевищують вуглецеві сталі в 8-10 разів. Для економії легованих сталей металургійна промисловість випускає двошарові листи, що складаються з основного шару вуглецевої сталі і тонкого захисного - шару легованої сталі. Як основний шар застосовують звичайні вуглецеві сталі марок Ст3, 20К, 16ГС, а як захисний шар – сталі марок 0X13, Х18Н10Т, Х18Н12М2Т і ін.

Чавун застосовується для виготовлення литої апаратури, деталей трубопроводів і машинного устаткування. Рекомендується застосовувати чавун різних марок при цьому необхідно дотримуватись наступних умов:

- з чавуну марок не нижче марки СЧ 15-32 допускається виготовлення ємностей діаметром до 2000 мм при внутрішньому тиску не вище 0,3 МПа;

- з чавуну марки СЧ 18-36 і вище допускається виготовлення ємностей діаметрам до 3000 мм при внутрішньому тиску не більше 0,3 МПа;

- при зовнішньому тиску до 0,8 МПа допускається максимальний діаметр чавунної ємності не більше 2 м;

- температура стінок ємності, виготовленої з сірого чавуну, повинна знаходитися в межах -15…+250°С.

Для апаратів, що працюють під тиском і при температурах стінки більш 250°С, рекомендується застосовувати легований чавун.

Мідь в чистому вигляді застосовується для виготовлення спеціальної теплообмінної апаратури, яка за умовами експлуатації працює при глибокому охолоджуванні. Згідно ГОСТ 859-78 для виготовлення апаратури застосовується мідь марки М1, М2 і М3. Шкідливими домішками в міді є кисень, водень, сірка і вісмут. При вмісті вісмуту більше 0,02% мідь стає холодноламкою і в процесі гнуття і штампування в ній утворюються тріщини. Для теплообмінної апаратури необхідно застосовувати мідь із вмістом вісмуту не більше 0,003%.

При високих температурах мідь сильно окислюється, тому застосовувати її при температурах вище 250 °С не рекомендується. Подальше підвищення температури призводить до різкого зниження її механічних властивостей. Практика показала, що механічні властивості міді залежать від виду обробки. Зміцнення міді досягається наклепуванням і загартовуванням. Межа міцності литої міді не перевищує 200 МПа, а прокату - 250 МПа. Відносне подовження 40-50%. Мідь добре обробляється тиском в холодному і нагрітому станах, однак погано обробляється різанням і має обмежені ливарні властивості.

На основі міді отримують різні сплави, які володіють високими механічними і технологічними властивостями.

Латунь - сплав міді з цинком. Завдяки хорошим механічним і технологічним властивостям латунь застосовується для виготовлення листів, стрічок і труб, необхідних для виготовлення теплообмінної апаратури. Залежно від вмісту цинку в латуні застосовують наступне маркування: Л96, Л90, Л85, Л80, Л75, Л70, 068, Л66, Л63, Л59 і ін. Для виготовлення калориферів, конденсаторів, радіаторів і кожухотрубних теплообмінних апаратів застосовується латунь марки Л63 і Л68.

Застосовують також латунь, що містить окрім міді і цинку інші елементи (алюміній, кремній, марганець, нікель, олово і свинець). Ці сплави відзначаються підвищеними механічними властивостями і високою корозійною стійкістю. З них виготовляють листи, труби, стрічки призначені для виготовлення пакетних і пластинчастих теплообмінників, а також приладів і експериментального устаткування. Латунь застосовується для виготовлення арматури, насосів і іншого машинного устаткування.

Бронза - сплав міді і олова. Бронза з вмістом олова до 17% застосовується для виготовлення арматури, що працює з водяною парою при температурах до 200°С. Слід зазначити, що олов'яна бронза застосовується обмежено у зв’язку з дефіцитністю олова. Її успішно замінюють безолов'яні бронзи, що отримуються шляхом сплаву міді з алюмінієм (4-10%), берилієм (1,6-2,0%) або кремнієм (до 3,5%).

Неметалічні матеріали розділяються на дві групи: силікатні і пластичні маси. До силікатних матеріалів відносяться природні і штучні камені, скло і емаль. Методом спікання глин отримують кераміку, фарфор і тому подібне. Пластичні маси складаються з синтетичних смол і наповнювачів, що дозволяють отримувати матеріали з необхідною міцністю. До таких пластичних мас відносяться фаоліт, склопластики, вініпласт, фторопласт, каучуки і інші полімерні матеріали.

содержание .. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ..