در این پایان نامه، ضمن بررسی مبدل های حرارتی و کاربردهای آن در صنعت، توجه وی‍‍ژه ای به هیترهای نیروگاهی شده است. در این میان هیترهای فشارقوی که نسبت به هیترهای فشارضعیف در دما و فشار بالاتری کار می کنند، از توجه بیشتری در نیروگاه برخوردار هستند. از انواع تخریب در لوله های هیترهای فشارقوی می توان به سایش و یا خوردگی سایشی در محل خم ها اشاره کرد. در این پایان نامه، ضمن مدل کردن لوله های هیتر فشارقوی یکی از نیروگاه های کشور که از جنس فولاد کربنی می باشند، عوامل موثر بر خوردگی سایشی لوله ها مورد توجه قرار گرفته اند. نتایج تحلیل ها نشان می دهند که افزایش سرعت، اندازه و مقدار ذرات ساینده موجود در آب تغذیه، دما و فشار آب تغذیه و همچنین شعاع خم از عوامل موثر بر نرخ سایش می باشند. در این میان، سرعت به عنوان موثرترین پارامتر شناسایی شده است، به گونه ای که با افزایش سرعت ورودی، نرخ سایش به شکلی توانی افزایش می یابد.

در این پروژه از مدلسازی المان محدود برای ارزیابی ترک پوشش حائل حرارتی (tbc) در نزدیکی سطح تماس پوشش میانی (bc) و tbc استفاده شده است. پوشش (tbc) از جنس سرامیک زیرکونیا با پایدار کننده ایتریا (zro2-8%y2o3) و دو ساختار مختلف نانو و معمولی فرض شده و برای پوشش میانی (bc) و پایه پره به ترتیب آلیاژ mcraly و gtd-111 در نظر گرفته شد. شکل هندسی ترک به صورت آماری برای سه ضخامت مختلف لایه اکسیدی رشد یافته tgo، با در نظر گرفتن مقادیر مختلف برای طول و فاصله ترک از سطح میانی tbc/bc بررسی و در تمام موارد، میدان تنش ون میزز (?von) و ضرایب شدت تنش در مود 1 و2 (ki وkii) ارائه شد. برای tbc های معمولی تنش ون میزز انتهای ترک با افزایش ضخامت لایه tgo، کاهش یافته ولی برای پوشش tbc با ساختار نانو با افزایش ضخامت لایه tgo افزایش می یابد. منحنی تابع ضرائب شدت تنش (ki وkii) نسبت به طول ترک رسم و برای فاصله ترک از سطح میانی /tbc مرتب شده است. در tbc های معمولی با ساختار نانو، با افزایش ضخامت tgo مقادیر ضریب شدت تنش مود 1 و 2 (ki و kii) کاهش خواهند یافت. در هر دو نوع tbc مقدار ki و kii به ترتیب تابع خطی و درجه دو از طول ترک هستند. ضرائب شدت تنش با افزایش طول ترک افزایش یافته ولی با افزایش فاصله از سطح تماس کاهش می یابند. پس ترک های نزدیک به سطح میانی tbc/bc که طول بیشتری دارند خطرناکترند. در نهایت مقدار ضریب شدت تنش مود 1 بحرانی برای tbc های معمولی و نانو محاسبه شد که برای tbc معمولی برابر (mpa?m1/22 =kic ) و برای tbc با ساختار نانو برابر (mpa?m240 =kic ) به دست آمد.

بویلر، از جمله اجزا ی کلیدی در نیروگاه می باشد که در صورت خرابی آن، واحد باید از مدار خارج شود. یکی از مهم ترین قسمت های تحقیق در تخریب های بویلر، بررسی عمر باقیمانده لوله ها می باشد. معمولاً نیروگاه های بخاری بسته به مگاوات تولیدی برای یک دوره تقریباً 30 تا 40 ساله طراحی می شوند. تا کنون روش های مختلفی جهت تخمین عمر باقیمانده ارائه شده است، که بطور کلی به روش های محاسباتی، مخرب و غیر مخرب تقسیم می شوند. در این تحقیق، بررسی و ارزیابی جهت تخمین عمر دو نمونه لوله ی سوپرهیتر فاینال و سوپرهیتر اولیه یکی از نیروگاه های بخاری مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه های متالوگرافی از هر دو لوله تهیه شده و با دستگاه sem عکس برداری صورت گرفته شده است. سپس با عکس های متالوگرافی شرکت vgb آلمان مقایسه شده اند تا عمر آن تقریب زده شود. همچنین با تهیه نمونه های تست گسیختگی تنش، این آزمایش روی این نمونه ها انجام شده است. بررسی روی لوله سوپرهیتر فاینال نشان داد که برای لوله ی مورد نظر عمری تقریباً 1.5 ساله را می توان متصور بود و برای لوله ی سوپرهیتر اولیه عمری تقریباً 14 تا 15 را می توان در نظر گرفت. کلمات کلیدی: تخمین عمر، متالوگرافی، آزمون گسیختگی تنشی

در جهان امروز، هرروزه از اهمیت و کاربرد سوخت های فسیلی و موتورهای احتراقی درون سوز کاسته شده و تکنولوژی های نوینی جایگزین آن ها می شوند. از میان تکنولوژی های مختلف می توان به پیل های سوختی اشاره کرد که به دلیل تولید برق بدون آلودگی زیستی، صوتی و راندمان بسیار بالا... در دهه اخیر از اهمیت فوق العاده ای برخوردار شده اند. از میان انواع مختلف پیل های سوختی، پیل سوختی پلیمری به دلیل کاربرد فراوانی که به منظور استفاده در سیستم های تولید همزمان برق و حرارت و خودروهای هیبریدی دارند از اهمیت فوق العاده ای برخوردار می باشند. سوخت مورد نیاز پیل های سوختی هیدروژن می باشد که به روش های مختلفی قادر به تهیه می باشد. یکی از مرسوم ترین روش ها که از نقطه نظر اقتصادی به سایر روش ها ارجحیت دارد، فرایند تبدیل گاز شهری به هیدروژن می باشد. به دلیل اهمیتی که این سیستم دارد، در این پروژه کارایی قسمت های مختلف چنین سیکلی با استفاده از آنالیز اگزرژی مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از دو نرم افزار aspen hysys و نرم افزار کد نویسی ees سیکل پیل سوختی به همراه رفرمر شبیه سازی شده و در نهایت میزان تخریب اگزرژی و راندمان اگزرژی هر قسمت به طور جداگانه بدست آمده و تأثیر پارامترهایی همچون فشار و دما بر این راندمان بررسی شده است. پیل های سوختی پلیمری به دلیل هزینه اولیه بالایی که دارند، به تولید انبوه نرسیده اند. لازم به ذکر است که قیمت اولیه این سیستم ها در سال های اخیر روند نزولی داشته است و به طور کلی کمتر از سایر پیل های سوختی می باشد. بنابراین یک ارزیابی اقتصادی بسیار جامع در مورد سیستم های تولید همزمان برق و حرارت بر پایه محرک اولیه پیل سوختی پلیمری و بررسی جواب های حاصله برای افق های بلند مدت، دید بسیار گسترده ای به سرمایه گذاران در زمینه سرمایه گذاری در این زمینه را خواهد داد. از این رو یک مدل بهینه سازی در نرم افزار gams تهیه شده است. در نهایت جواب های حاصله با توجه به روند قیمتی پیل سوختی پلیمری در آینده آنالیز حساسیت شده است.

یک بخش مهم در بحث نگه داری بویلر، اسیدشویی و رسوب زدایی در لوله های بویلر می باشد زیرا با گذشت کارکرد بویلر، رشد رسوب می تواند باعث افت راندمان، افزایش مصرف سوخت و اورهیت شدن لوله و در نتیجه منجر به از کار افتادگی بویلر شود. در این پایان نامه رسوبات سخت ایجاد شده در بویلر نیروگاه شهید رجایی مورد بررسی و آزمایش های اسیدشویی قرار گرفته است تا اسید مناسب برای انحلال رسوبات تعیین گردد و بعد از آن به بررسی بازدارنده مناسب برای این اسید پرداخته شده است. جنس رسوبات بویلر نیروگاه شهید رجایی عمدتاً از جنس فاز دیاسپور وهماتیت می باشد. براساس مطالعات به عمل آمده‏، ابتدا رسوبات هماتیت تشکیل شده و سپس رسوبات آلومینا روی آن تشکیل شده است. آنالیز رسوبات توسط xrd و xrf انجام شده است. آزمایشات اسیدشویی نشان داده که بیشترین میزان انحلال این رسوبات در اسید سولفوریک 5 درصد صورت می گیرد. البته این میزان انحلال در ضخامت های مختلف متفاوت است و با افزایش ضخامت و با کامل شدن شبکه کریستالی آلومینا میزان انحلال رسوب کاهش پیدا می کند به طوری که برای ضخامت های بالا اسیدشویی قابلیت انحلال رسوبات را نداشته است این تفاوت را می توان در انحلال 58 درصد با ضخامت 25/0 میلی متر و انحلال 5/0 درصد با ضخامت 95/1 میلی متر مشاهده کرد. بعد از آن به بررسی بازدارنده مناسب برای اسید سولفوریک پرداخته شده است. بازدارنده های مورد ارزیابی عبارت از رودین، ریفالگان و آرموهیب بوده است. با انجام تست های پلاریزاسیون و کاهش وزن مشاهده گردید که بازدارنده رودین یک بازدارنده مناسب برای اسید سولفوریک می-باشد. همچنین با آزمون های پلاریزاسیون مشخص گردید که غلظت 5/0 درصد مناسب ترن غلظت برای اسیدسولفوریک 5 درصد می باشد.

درنیروگاه ها، سیستم خنک کننده به منظور خنک کردن و میعان بخار ورودی به کندانسور استفاده می شود. در این سیستم با برخورد بخار به سطح لوله های کندانسور از جنس آلیاژهای مس از جمله کاپرونیکل، که آب خنک کن از داخل آنها عبور می کند، حرارت خود را از دست داده و به آب تبدیل می شود. لوله های کندانسور در اثر خوردگی، تخریب شده و در شرایط حاد باید لوله ها را تعویض نمود، زیرا سوراخ شدن این لوله ها موجب نشت آب خنک کن به درون آب تغذیه می شود. در این صورت به دلیل آلوده شدن آب بویلر خسارات شدیدی به لوله های بویلر و توربین نیروگاه وارد خواهد شد. در این پروژ ه، جایگزینی لوله های تیتانیمی با کاپرونیکل بدون اینکه تغییری در میزان انتقال حرارت به وجود آید، بررسی می شود. با انجام محاسبات ترمودینامیکی ، تاثیر دمای آب گردشی ، دبی آب گردشی و میزان -رسوب بر پارامترهای کندانسور بررسی وتحلیل می شوند. با استفاده از روش های تجربی تحلیل حرارتی ، -میزان ضریب انتقال حرارت کلی در حالت لوله کاپرونیکلی حدود 11% از لوله تیتانیمی بیشتر بدست آمد و این موضوع، تبادل حرارتی بهتر لوله کاپرونیکلی را نشان می دهد. در ادامه نیز با بررسی طرح های -جایگزینی لوله ها با نرم افزار aspenhetran نتیجه شده است که می بایست 20950 لوله تیتانیمی با همان ضخامت ، جایگزین 19600 لوله کاپرونیکلی شود تا از نظر انتقال حرارت تغییری در سیستم کندانسور ایجاد نشود و یا اینکه از لوله های تیتانیمی جداره نازک با ضخامت 0/5 میلی متر استفاده شود. سپس داده-های فوق با نتایج حاصل از شبیه سازی عددی با نرم افزار fluent ، مورد مقایسه قرار گرفته است. در نهایت با آنالیز اقتصادی مشخص شد که استفاده از لوله های تیتانیم جداره نازک مقرون به صرفه تر خواهد بود.

در نیروگاه های بخاری که دارای برج تر هستند، تأمین آب خنک کن از مهم ترین دغدغه ها به شمار می رود. یکی از مشکلاتی که نیروگاه ها با آن رو به رو هستند مصرف بسیار زیاد آب در برج های خنک کن تر می باشد. در این پایان نامه با بررسی شرایط کاری برج خنک کن تر یکی از نیروگاه های کشور، برج مذکور در آزمایشگاه شبیه سازی و نمونه آزمایشگاهی مبدل هوا به هوا که دارای کانالهای متعامد به صورت یک در میان برای عبور هوای محیط و هوای مملو از بخار اشباع (هوای مرطوب) می باشد، طراحی و ساخته شده است. این مبدل در بالای برج آزمایشگاه نصب گردید و با عبور هوای مرطوب از یک مسیر و هوای محیط از مسیر دیگر عمل کندانس شدن در آن انجام شد. در این پایان نامه روشی ارائه شده است که بر اساس آن می توان با استفاده از مبدل هوا به هوا، مصرف آب برج خنک تر را تا 25% کاهش و از هدر رفتن آب جلوگیری نمود.

چکیده صنایع نفت و گاز دارای فرایندهای عملیاتی متفاوتی بوده که سبب تقابل گستره وسیعی از محیط های خورنده و مواد سازنده تجهیزات با یکدیگر می شود. هر ساله ده ها میلیون دلار صرف تعمیر و یا تعویض خطوط لوله و ظروف تحت فشاری می شود که بر اثر تخریبات هیدروژنی دچار آسیب و از کار افتادگی گردیده اند. یکی از مشکلات عمده ای که صنایع نفت و گاز از سال 1950 با آن مواجه است، بروز ترک های هیدروژنی (hic) و تاول در تجهیزات تحت فشار در محیط های ترش می باشد. ظروف تحت فشار، مخازن ذخیره، سیستم های لوله کشی و سایر تجهیزات طی مدت طولانی سرویس دهی مستهلک می شوند که این امر در نهایت یکپارچگی سیستم را تحت تأثیر قرار می دهد. در چنین شرایطی، اجرای ارزیابی های مهندسی نظیر ارزیابی مناسب بودن برای سرویس دهی (ffs) جهت بررسی یکپارچگی ساختاری و امکان افزایش عمر تجهیزات دارای نقص امری مفید و در عین حال ضروری به نظر می رسد. اصول اجرای چنین ارزیابی هایی در استاندارد api 579-1/asme ffs-1 آورده شده است. در این تحقیق سعی بر آن شد نرم افزاری بومی جهت اجرای ارزیابی های مناسب بودن برای سرویس دهی (ffs) مطابق با استاندارد ذکر شده برای عیوب hic و تاول تهیه شود. به منظور بررسی آسیب hic و تاول در صنعت، مطالعه موردی در ارتباط با عیوب موجود در لوله ای در واحد تصفیه آب ترش پالایشگاه آبادان صورت گرفت. جهت شناسایی نواحی تخریب هیدروژنی از آزمون آلتراسونیک غوطه وری استفاده شد که نتایج این آزمون به صورت دیاگرام هایی نواحی آسیب دیده را مشخص نمود. همچنین بررسی های ماکرو و میکرو از نواحی ترک هیدروژنی انجام شد. نتایج بازرسی های صورت گرفته روی نمونه لوله معیوب موجود، ورودی های نرم افزار تهیه شده را فراهم کرد که در نهایت اطلاعات خروجی از نرم افزار، مناسب بودن برای سرویس دهی لوله بر اساس معیارهای پذیرش استاندارد مورد تأیید قرار گرفت. کلمات کلیدی: ارزیابی مناسب بودن برای سرویس دهی (ffs)، نرم افزار ffs، استاندارد api 579، ترک ناشی از هیدروژن (hic)، تاول هیدروژنی

پوشش های حائل حرارت (tbc) به منظور افزایش دمای گاز ورودی به توربین، کاهش میزان خنک کاری قطعات داغ توربین و افزایش عمرآنها به ویژه در پره های ثابت و متحرّک توربین گاز مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از عواملی که استفاده از پوشش های حائل حرارت را تحت تأثیر قرار داده و عمر آنها را محدود می سازد، تخریب های زود هنگام ناشی از تنش های پسماند کششی ایجاد شده در لایه فوقانی سرامیکی و فصل مشترک این لایه با لایه میانی در این پوشش ها است. در این پروژه، پوشش حائل حرارتی تولید شده به روش پلاسما اسپری که روی سوپرآلیاژ پایه نیکلgtd-111 پوشش دهی شده، مورد مطالعه قرار گرفته است. به این منظور از آزمون اکسیداسیون سیکلیک حرارتی استفاده شده و در هر صد سیکل تا تخریب پوشش، با عکس برداری به وسیله میکروسکوپ الکترونی و نیز آنالیز عناصر سازنده لایه های تشکیل دهنده پوشش، از نظر متالورژیکی مورد بررسی قرار گرفته است. برای تعیین تنش های پسماند در این پوشش tbc از تحلیل اجزاء محدود استفاده شده است. نتایج تحلیل تنش بیانگر آنست که افزایش ضخامت لایه اکسیدی رشد یافته حرارتی (tgo) موجب تغییر در توزیع تنش های پسماند و در نهایت پوسته ای شدن آن می شود. تصاویر sem سیستم پوشش، درستی نوع تخریب پیش بینی شده توسط نتایج تحلیل اجزاء محدود را تأیید می کند.

کوتاه بودن فواصل دوره های بازرسی و تعمیرات سبب تحمیل هزینه های سنگین بر شرکت ها و کارفرمایان می گردد که عمدتاً این هزینه ها به علت از مدار خارج شدن سیستم ها در طول مدت انجام بازرسی ها می باشند. از طرف دیگر با تعویض قطعات بخاطر انقضای عمر طراحی ، ممکن است قطعاتی از مدار خدماتی خارج گردند که هنوز عمر واقعی آنها به پایان نرسیده است. دانستن اینکه چه میزان از عمر مفید قطعه باقی مانده است در پرهیز از خرابی های ناگهانی و نیز زمان بندی برنامه های بازرسی و تعویض قطعات می تواند بسیار مفید باشد. همچنین اپراتور می تواند با نتایج روش های تخمین عمر، برای به دست آوردن بیشترین عمر خدماتی قطعات، شرایط کاری را بهینه سازی کند. در این پایان نامه پس از مروری مختصر بر روش های تخمین عمر آنی قطعات داغ و انتخاب تکنیک مبتنی بر طراحی احتمالی، به عنوان روش تخمین عمر پره متحرک توربین توربوشارژر مدل hs 5800، طراحی آزمایشات بر اساس 8 سطح توان کاری لوکوموتیو انجام گردیده است. مدل هندسی پره چرخ توربین و پره نازل از طریق cmm ایجاد شده است. برای به دست آوردن وضعیت دمایی وتنشی پره توربین در هر یک از توان های کاری لوکوموتیو، تحلیل های سیالاتی و حرارتی-تنشی انجام شده و بر مبنای نتایج به دست آمده از این تحلیل ها ، خرابی خزشی و خستگی در پره توربین محاسبه گردیده است. نتایج نشان می دهند که خزش به عنوان مکانیزم خرابی مطرح نبوده و خستگی حرارتی عامل اصلی ایجاد تنش و خرابی خواهد بود.