Numerical simulation of the heat treatment of the weld for steam generator

Simulación numérica del tratamiento térmico de la soldadura para generador de vapor

En este trabajo se investiga el tratamiento térmico de la soldadura del generador de vapor. El recocido se realiza mediante un sistema de elementos calefactores colocados en la carcasa del generador. Se realizó un experimento utilizando parámetros reales y un análisis de dinámica de fluidos computacional utilizando el software COMSOL Multiphysics. Los datos experimentales se compararon con los resultados del análisis. Las condiciones límite para la predicción numérica se derivaron de los resultados obtenidos en un experimento de calibración suplementario. Hubo una buena correlación entre los datos predichos y los medidos. Basándose en los resultados, puede afirmarse que 67 elementos calefactores con una potencia calorífica del 60-70 % del rango máximo es un número suficiente para el tratamiento térmico requerido.

INTRODUCCIÓN

Desde el punto de vista tecnológico, el recocido adecuado de las soldaduras tiene una gran repercusión en la fiabilidad operativa del dispositivo expuesto, como un generador de vapor. El recocido se suele llevar a cabo mediante un sistema de elementos calefactores que se colocan en la carcasa del generador [1]. Para la colocación de los elementos calefactores y la simulación real del recocido es necesario determinar experimentalmente las condiciones de contorno, lo que requiere el cálculo de la potencia real del elemento calefactor, el coeficiente de transferencia de calor desde el material y el aislamiento a las zonas circundantes y determinar la parte de potencia eléctrica del elemento calefactor, es decir, en forma de energía térmica realmente entregada al material. Una vez determinadas las condiciones de contorno, se elabora el modelo geométrico del generador de vapor y se diseña la disposición de los elementos calefactores. A continuación, se comparan los resultados de la simulación con el experimento real.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

La manta calefactora con una longitud de 6 m del hilo de resistencia y 84 V tiene un rendimiento declarado de 4 kW. Los 0,6 m de longitud necesarios para las salidas de los elementos calefactores no se incluyen en los cálculos en la práctica. Durante las mediciones de verificación estaban en los extremos fríos de los valores de los elementos de calefacción 48,4 A y 84,5 V. Después de la deducción del 10% de la potencia se convierte potencia de calefacción mantas 52 kW.

Se colocó un elemento calefactor de 410 x 170 mm sobre una placa de acero de 2 100 x 1 500 x 48 mm y se encendió a plena potencia.  El elemento calefactor se coloca en el centro de la placa de acero y sobre él se coloca el aislamiento, que es una estera Fibratec de fibra cerámica de 40 mm de grosor. La estera Fibratec sobrepasa el elemento calefactor 100 mm por cada lado.