Thermal stress and elastic creeping stress analysis was conducted by finite element method to simulate start-up process of a boiler header of 500MW standard fossil power plant. Start-up temperature and operating pressure history were simplified from the real field data and they were used for the thermal stress analysis. Two kinds of thermal stress analysis were considered. In the first case only temperature increase was considered and in the second case both of temperature and operating pressure histories were considered. In the first analysis peak stress was occurred during the temperature increase from the room temperature. Hence cracking or fracture may occur at the temperature far below the operating maximum temperature. In the results of the second analysis von Mises stress appeared to be higher after the second temperature increase. This is due to internal pressure increase not due to the thermal stress. When the stress components of radial(r), hoop($\theta$) and longitudinal(z) stress were investigated, compression hoop stress was occurred at inner surface of the stub tube when the temperature increased from room temperature to elevated temperature. Then it was changed to tension hoop stress and increased because of the operating pressure. It was expected that frequent start-up and shut-down operations could cause thermal fatigue damage and cracking at the stub tube hole in the header. Elastic-creeping analysis was also carried out to investigate the stress relaxation due to creep and stabilized stress after considerable elapsed time. The results could be used for assessing the creep damage and the residual life of the boiler header during the long-tenn service.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.7
s.178
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pp.1673-1680
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2000
The degradation of a boiler header constructed by a material, 1Cr-0.5Mo steel in a fossil power plant is observed when the header is exposed for a long period to the high temperature and pressure. The present investigations are for evaluating the effect of the degradation on the material, such as its strength changes. Reheat-treated metal is used to compare the mechanical properties of the degraded and that of reheat-treated materials. Through the investigation, following results are obtained 1) the area ratio of ferrite in the reheat-treated material is larger than that of the degraded material, 2) the hardness and tensile strength of the degraded material are lower than that of the reheat-treated material, 3) the ductile-brittle transition temperature(DBTT) increased toward high temperature region, 4) the fatigue crack growth rate(FCGR) of the degraded material is higher than that of the reheat-treated material in the region of low ΔK value while FCGR of the both materials are similar in high ΔK region.
Kim, Bum-Shin;Yoo, Seong-Yeon;Ha, Jung-Su;Kim, Eui-Hyun
Proceedings of the KSME Conference
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2003.11a
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pp.373-378
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2003
It is important that overheat protection of super heated tube in boiler operation and maintenance. The overheat of super heat tube can make damage and rupture of tube material, which causes accidental shutdown of boiler. The super heated tube overheat is almost due to the lack of uniformity of gas temperature distribution. There are two ways to protect overheat of super heated tube. The one is to control hot gas operation pattern which is temperature or flow distribution. the other is to control super heated steam flow distribution. The former is difficult than the later, because of control device design. In this paper steam flow control method which uses orifices is proposed to protect overheat of super heat tube.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.1
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pp.55-60
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2002
For the development of a new creep test technique, the availability of SP-Creep test is discussed for 1Cr-0.5Mo boiler header material. And some results are also compared with those of 2.25Cr- 1Mo steel which widely uses as boiler superheater tube. The results can be summarized as follows. The load exponents(n) obtained by SP-Creep test for 1Cr-0.5Mo steel are decreased with increasing creep temperature and the values are 15.67, 13.89, and 17.13 at 550$^{circ}C$ ,575$^{circ}C$ and 600$^{circ}C$, respectively. The temperature dependence of the load exponent is given by n = 107.19 - 0.1108T. This reason that load exponents show the extensive range of 10∼16 is attributed to the fine carbide such as M$_{23}$C$_{6}$ in lath tempered martensitic structures. At the same creep condition, the secondary creep rate of 1Cr-0.5Mo steel is lower than the 2.25Cr-1Mo steel1 due to the strengthening microstructure composed by normalizing and tempering treatments. Through a SEM observation, it can be summarized that the primary, secondary, and tertiary creep regions of SP-Creep specimen are corresponding to plastic bending, plastic membrane stretching, and plastic instability regions among the deformation behavior of four steps in SP test, respectively.y.
In this study, a small punch creep (SP-Creep) test using miniaturized specimen has been described for the development of the new creep test method for high temperature structural components such as headers and tubes of boiler, turbine casing and rotor, and reactor vessel. The SP-Creep testing technique has been applied to 1Cr-0.5Mo steel used widely as boiler header material and the creep test temperature are varied at $550^{\circ}C{\sim}600^{\circ}C$. From the experimental results, e.g. SP-Creep curve behaviors, the creep rate in steady state and creep rupture life with test temperature and load, the load exponential value(n, m), the activation energy($Q_{spc}$), the Monkman-Grant relation and the creep life assessment equation etc., it can be summarized that the SP-Creep test may be a useful test method to evaluate the creep properties of the heat resisting material such as boiler header.
In order to increase design efficiency, it is required to design steam boiler pressure parts systematically considering daily start-stop operation and load variation. The objective of this research is to develope an integrated system for increasing design efficiency of boiler pressure parts. The developed system consists of three program modules: (1) flexibility design module for the header stub considering fatigue life, (2) fatigue limit calculation and life evaluation module for the thick-walled boiler pressure part under cyclic operation using TRD301 code, (3) drawing automation module for the header and drum producing design drawings, welding data and bill of materials.
발전 Plant는 고온.고압하에서 장기간 사용되며 파손발생시는 대형 사고로 확대되므로 경년에 따 른 운용기술의 확보가 현안 과제이다. 즉, 현재의 설비를 그대로 사용할 것인가 \ulcorner 또는 교체하여 야 할 것인가\ulcorner 그대로 사용한다면 취약부위는 어디이며 언제 보수하여야 하는가 \ulcorner 또 교체한다 면 그 시기는 언제인가 \ulcorner 에 대한 기술적 예측이 필요하다 수명예측기술은 이러한 의문에 대한 해답을 주는 Plant 설비 운용기술중 가장 최신 기술분야의 하나이다. 본고에서는 보일러 부분중 가장 사용조건이 가혹하고 교체하는데 많은 비용과 시간이 소용되는 최종과열기를 대상으로 균열 전파에 의한 수명예측에 관하여 기술코자 한다.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.20
no.6
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pp.416-426
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2008
The boiler tube failure often experienced in the superheater of a utility boiler can seriously affect the economic and safe operation of the power plant. It has been known that this failure is mainly caused by the thermal load deviation in the superheater tube system, and deeply intensified by the non-uniform distribution of steam flow rates. The nonuniform steam flow is distinctively prominent at low power load rather than at full power load. In this paper, we analyze the steam flow distribution in the superheater tube system by using one dimensional flow network model. At 30% power load, the deviation of steam flow rate is predicted to be within 0.8% of the averaged flow rate. This deviation can be reduced to 0.1% and 0.07% by assuming two cases, that is, the removal of 13th tube at each tube rows and the installation of intermediate header, respectively. The assumed two cases would be effective for the uniform steam flow distribution across 85 superheater tube rows.
The research analyzes the arrangement of boiler and hot water header, the method of radiator pipe setting, hot water supply control, hourly heating situation of each room for underfloor radiant heating systems in Korea and suggests an alternative to improve to efficient heating method. One of the best options for install position of hot water distributor is under kitchen sink which is center point of all rooms, according to previous research of the energy saving strategies. When the radiator pipes are arranged to each individual room instead of bedrooms through livingroom and kitchen, it has energy saving effects. For rooms without occupancy according to a time period, hot water supply method should be intermittent heating rather than continuous heating. For this intermittent heating method, individual control of hot water supply is more practical, and it can lead to massive energy savings. The intermittent heating system has time-lag, so it is more effective in energy saving with mild and comfort condition if the spaces are preheated by automatic control equipment prior to required time.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.2
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pp.187-196
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2013
A numerical model was developed to predict the density wave oscillation (DWO) in the furnace wall tubes of a fossil-fired once-through boiler. The transient flow fields in the tubes were obtained using a 1D finite volume method in the time domain. A header model was also implemented to simulate the parallel tube connection of the wall tubes. The inlet and outlet mass flow variation in one of the parallel tubes was examined after a heat perturbation to find the DWO. After successful verification with experimental results reported in literature, the developed model was applied to the wall tubes of a 700-MW boiler furnace. In contrast to the simulation of Takitani's experiment, in which the unstable power thresholds tended to rise in the reduced bypass channel flow, no remarkable changes were observed in the power thresholds in the parallel channel modeling of the wall tubes of the boiler furnace.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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