CHƯƠNG 4- SỰ HÌNH THÀNH VẾT NỨT CỦA THÀNH ỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT KHI XUẤT HIỆN TRẦM TÍCH ĐỒNG VÀ TÍNH TOÁN THỜI GIAN LÀM VIỆC CÒN LẠI CỦA CÁC ỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT
4.3. Tính toán và nhận xét
4.3.1. Tính toán vận tốc trung bình của việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích (VCu)
Vận tốc trung bình của việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích được tính theo công thức 4.5:
𝑉𝐶𝑢 = 𝑀𝐶𝑢
𝜏𝐻−𝜏𝑐𝑢 (4.5) Trong đó: 𝑉𝐶𝑢 – Vận tốc trung bình của việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích (g/giờ), 𝑀𝐶𝑢 – Khối lượng đồng đo được trong trầm tích từ khoảng thời gian 𝜏1 đến 𝜏𝐻 (g), 𝜏𝐻 – Thời gian hoạt động đến ngày được dự báo (giờ), 𝜏𝑐𝑢 – Thời gian ghi nhận đồng trong trầm tích (giờ).
43
Bảng 4.1. Kết quả tính toán vận tốc trung bình của việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích
𝑴𝑪𝒖 (g) 𝝉𝑪𝒖 (giờ) 𝑽𝑪𝒖 (g/giờ) 𝑽𝑪𝒖 (g/năm)
4 22000 0.0001 1.6308 x 10-8
6 26000 0.0003 2.8539 x 10-8
8 29000 0.0004 4.3488 x 10-8
10 31000 0.0005 6.0082 x 10-8
12 34000 0.0008 8.5616 x 10-8
14 36000 0.0010 1.1416 x 10-7
16 38000 0.0013 1.5221 x 10-7
18 40000 0.0018 2.0548 x 10-7
20 42000 0.0025 2.8539 x 10-7
Từ kết quả tính toán ở bảng 4.1 ta có được đồ thị biểu diễn vận tốc trung bình của việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích theo hình 4.8.
Hình 4.8. Đồ thị biểu diễn vận tốc trung bình của việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích
Nhận xét: Theo đồ thị hình 4.8 ta có thể thấy được vận tốc trung bình của việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích tăng theo khối lượng đồng đo được trong trầm tích. Với 𝑀𝐶𝑢 tăng từ 4g đến 20g thì 𝑉𝐶𝑢 tăng từ 0.0001g/giờ đến 0.0025g/giờ, tăng 25 lần. Do vậy, đồng tích tụ càng nhiều thì vận tốc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích càng cao dẫn đến việc hình thành vết rỗ trên các thanh trao đổi nhiệt càng nhanh, và vết rỗ cũng sẽ nhanh chóng phát triển thành vết nứt.
0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025 0.0030
0 5 10 15 20 25
Vận tốc trung bình của việc chuyển đồng sang trạng thái trầm tích, VCu (g/giờ)
Khối lượng trầm tích đồng, MCu(g)
44
4.3.2. Tính toán vận tốc phát triển vết nứt ở giai đoạn 1(V1) và giai đoạn (VH) (hình 4.2 và hình 4.7)
Vận tốc phát triển vết nứt ở giai đoạn 1 (giai đoạn trong khoảng thời gian hoạt động 𝜏1) được tính theo công thức 4.6:
𝑉1 = ℎ1(𝜏1)
𝜏1/8000 (4.6) Vận tốc phát triển vết nứt ở giai đoạn 2 (giai đoạn trong khoảng thời gian hoạt động 𝜏𝐻) được tính theo công thức 4.7:
𝑉𝐻 = ℎ1(𝜏𝐻)
𝜏𝐻/8000 (4.7) Trong đó: 𝑉1 – Vận tốc phát triển vết nứt ở giai đoạn 1 (mm/năm), 𝑉𝐻 – Vận tốc phát triển vết nứt ở giai đoạn 2 (mm/năm), ℎ1(𝜏1) – Độ sâu của vết rỗ trong thời gian hoạt động 𝜏1(mm), ℎ1(𝜏𝐻) – Độ sâu của vết rỗ trong thời gian hoạt động 𝜏𝐻 (mm), 𝜏1– Thời gian hoạt động trước khi phát hiện đồng trong trầm tích (giờ), 𝜏𝐻 – Thời gian hoạt động đến ngày được dự báo (giờ), 8000 giờ – Thời gian vận hành của ống trao đổi nhiệt trong một năm.
Bảng 4.2. Kết quả tính toán vận tốc phát triển vết nứt ở giai đoạn 1.
𝒉𝟏(𝝉𝟏) (mm) V1 (mm/năm)
0.05 0.016
0.10 0.032
0.15 0.048
0.20 0.064
0.25 0.080
0.30 0.096
0.35 0.112
0.40 0.128
0.45 0.144
0.50 0.160
45
Bảng 4.3. Kết quả tính toán vận tốc phát triển vết nứt ở giai đoạn 2.
𝒉𝟏(𝝉𝑯) (mm) VH (mm/năm)
0.30 0.048
0.35 0.056
0.40 0.064
0.45 0.072
0.50 0.080
0.55 0.088
0.60 0.096
0.65 0.104
0.70 0.112
0.75 0.120
Từ kết quả tính toán ở bảng 4.2 và bảng 4.3 ta có được đồ thị biểu diễn vận tốc phát triển vết nứt theo độ sâu của vết nứt ở khoảng thời gian 𝜏1 (hình 4.9a) và đồ thị biểu diễn vận tốc phát triển vết nứt theo độ sâu của vết nứt ở khoảng thời gian 𝜏𝐻 (hình 4.9b).
0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140 0.160 0.180
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60
Vận tốc phát triển vết nứt ở giai đoạn 1, V1(mm/năm)
(a) Độ sâu của vết rỗ trong thời gian τ1,h1(τ1)(mm)
46
Hình 4.9. (a) Đồ thị biểu diễn vận tốc phát triển vết nứt theo độ sâu của vết nứt ở khoảng thời gian τ1 ; (b) Đồ thị biểu diễn vận tốc phát triển vết nứt theo
độ sâu của vết nứt ở khoảng thời gian τH
Nhận xét: Theo đồ thị hình 4.9 có thể thấy vận tốc vết nứt tăng theo độ sâu của vết nứt ở cả 2 khoảng thời gian 𝜏1 và 𝜏𝐻. Cụ thể, trong khoảng thời gian 𝜏1 với độ sâu của vết nứt tăng từ 0.05mm đến 0.5mm thì 𝑉1 sẽ tăng từ 0.016mm/năm đến 0.160mm/năm tăng 10 lần, còn trong khoảng thời gian 𝜏𝐻 với độ sâu của vết nứt tăng từ 0.30mm đến 0.75mm thì 𝑉𝐻 sẽ tăng từ 0.048mm/năm đến 0.120mm/năm tăng 2.5 lần, nhỏ hơn gấp 4 so với 𝑉1. Như vậy, giai đoạn ban đầu lúc vết rỗ mới xuất hiện rất quan trọng, do đó cần phải kiểm tra, bảo dưỡng thường xuyên để phát hiện kịp thời những tổn thương trên ống trao đổi nhiệt do trầm tích đồng, để có những giải pháp xử lý thích hợp, hạn chế đến mức tối đa lượng đồng tích tụ trên ống.
4.3.3. Tính toán thời gian làm việc còn lại của ống trao đổi nhiệt τocm
Thời gian làm việc còn lại của ống trao đổi nhiệt (𝜏𝑜𝑐𝑚) được tính theo công thức 4.4: 1 − 𝛿𝐶𝑢 = (ℎ1(𝜏𝐻)
ℎ1+ℎ2) ( 𝑀𝐶𝑢𝑙𝑖𝑚
𝑀𝐶𝑢(𝜏1))
2
3(𝑀𝐶𝑢(𝜏𝐻)−
𝑀𝐶𝑢(𝜏𝐻)−𝑀𝐶𝑢(𝜏1) 𝜏𝐻−𝜏1 𝜏𝑜𝑐𝑚
𝑀𝐶𝑢𝑙𝑖𝑚 )
2 3
với các số liệu sau (các số liệu được lấy từ phòng thí nghiệm kim loại nhà máy điện hạt nhân tại trường Đại học Năng Lượng Moscow, Nga):
- Độ dày của thành ống trao đổi nhiệt T = ℎ1+ ℎ2 = 1.5mm
0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 Vận tốc phát triển vết nứt ở giai đoạn 2, VH(mm/năm)
(b) Độ sâu của vết nứt trong thời gian τH, h1(τH) (mm)
47
- Độ sâu của vết nứt trong thời gian hoạt động 𝜏𝐻 (đến ngày được dự báo) h1(𝜏𝐻) = 0.3 ÷ 0.7 mm
- Giá trị tới hạn của khối lượng đồng trong trầm tích 𝑀𝐶𝑢𝑙𝑖𝑚 = 50g/m2
- Khối lượng đồng đo được trong mẫu trầm tích lấy từ ống trao đổi nhiệt trong thời gian hoạt động 𝜏𝐻 𝑀𝐶𝑢(𝜏𝐻) = 25g/m2
- Khối lượng đồng đo được trong mẫu trầm tích lấy từ ống trao đổi nhiệt trong thời gian hoạt động 𝜏1 𝑀𝐶𝑢(𝜏1) = 5g/m2
- Thời gian hoạt động trước khi phát hiện đồng trong trầm tích 𝜏1 = 25000 giờ
- Thời gian hoạt động đến ngày được dự báo 𝜏𝐻= 50000 giờ - Sai số của phương pháp 𝛿 = ± 20%
Từ các số liệu ở trên ta tính được thời gian làm việc còn lại của ống trao đổi nhiệt (bảng 4.4).
Bảng 4.4. Kết quả tính toán thời gian làm việc còn lại của ống trao đổi nhiệt.
𝒉𝟏(𝝉𝑯) (mm) 𝝉𝒐𝒄𝒎 (giờ)
0.30 81250.000
0.35 70928.004
0.40 63725.953
0.45 58466.553
0.50 54487.900
0.55 51392.244
0.60 48927.670
0.65 46927.682
0.70 45278.293
0.75 43899.111
Với các kết quả tính toán thời gian làm việc còn lại của ống trao đổi nhiệt ở bảng 4.4 ta có được đồ thị biểu diễn thời gian làm việc còn lại của ống trao đổi nhiệt theo độ sâu của vết nứt theo thời gian 𝜏𝐻 (hình 4.10).
48
Hình 4.10. Đồ thị biểu diễn thời gian làm việc còn lại của ống trao đổi nhiệt theo độ sâu của vết nứt theo thời gian τH
Nhận xét: Theo như đồ thị hình 4.10 ta có thể thấy thời gian làm việc còn lại của ống trao đổi nhiệt tỉ lệ nghịch với độ sâu của vết nứt ở thời gian dự báo 𝜏𝐻, vết nứt càng sâu thì thời gian mà các ống trao đổi nhiệt có thể làm việc càng nhỏ. Theo kết quả tính toán bảng 4.4 có thể thấy được với ℎ1(𝜏𝐻) = 0.3 mm thì thời gian làm việc còn lại của ống trao đổi nhiệt còn đến 10 năm (81250 giờ) nhưng khi vết nứt phát triển đến độ sâu 0.75mm thì thời gian làm việc còn lại của ống trao đổi nhiệt giảm gần một nửa (43899.111 giờ). Một khi vết nứt phát triển xuyên qua thành ống thì ta không thể sử dụng ống trao đổi nhiệt đó nữa, vì vậy, những tính toán này là hữu ích cho việc dự đoán thời gian làm việc của các ống trao đổi nhiệt để có những thay đổi hợp lý nhất, đảm bảo hoạt động an toàn của nhà máy điện hạt nhân.