Совершенствование отраслевой системы нормативов по оценке повреждений и живучести паропроводов и труб поверхностей нагрева паровых котлов ТЭС

• Автор: Штромберг, Юрий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.14.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 180 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ГЛАВА 2.
ГЛАВА 3.
ГЛАВА 4.
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Экспертиза традиций, современного состояния и тенденций совершенствования системы нормативов по измерению повреждений
Анализ нагружения, повреждения оборудования ТЭС и нормативных средств измерения дефектности паропроводов Исследования повреждений труб поверхностей нагрева котлов, анализ и совершенствование нормативных средств измерения этих повреждений
Экспертиза современного состояния и тенденции усовершенствования систем измерения повреждений паропроводов и ТПНК ТЭС *' : £“'Л.-,' :
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ:
Приложение 1 Основные положения концепции продления ресурса энергооборудования ТЭС
Существенные характеристики подобия машинно-
человеческих (МЧС) и человеко-машинных (ЧМС) систем на примере проблемы ранних стадий повреждения О повышении живучести гибов с применением технологии их программного нагружения при рабочей температуре Усовершенствованная технология определения меры повреждения и выбора регламента контроля гибов паропроводов (на примере систем паропроводов Костромской ГРЭС)
Приложение 5 Основные обозначения

Приложение
Приложение 3 Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Энергетики всех стран мира стремятся эффективно использовать весьма дорогостоящее оборудование тепловых электростанций. При этом стараются максимально продлить срок службы таких ответственных узлов энергооборудования, как паропроводы и поверхности нагрева паровых котлов. Однако при исчерпании предельного ресурса металла могут произойти разрушения этих узлов, опасные для жизни персонала ТЭС и требующие больших затрат для восстановления. Поэтому в настоящее время, когда значительная доля оборудования ТЭС имеет наработку более 100 тысяч часов, актуальной является проблема измерения повреждений металла, так как она дает возможность определить остаточный ресурс оборудования, а, следовательно, предотвратить аварии и повреждения на электростанциях, связанные с состоянием металла паропроводов и труб поверхностей нагрева котлов (ТПНК).
Металл паропроводов работает в условиях ползучести, т.е. при температуре выше 450°С, и механизм разрушения его состоит из нескольких стадий: изменение микроструктуры, изменение фазового состава, изменение кратковременных и длительных механических свойств, образование микропор и последовательная их трансформация в цепочки пор, микротрещины и макротрещины. Механизм разрушения металла ТПНК еще более сложен, так как на него оказывают влияние такие явления, как эрозия, коррозия и усталость, значительно ускоряющие процесс разрушения.
Система измерения повреждений должна обеспечить максимальную длительную и безопасную работу оборудования, а эту задачу можно выполнить лишь при выявлении повреждений металла на ранних стадиях разрушения, когда можно прогнозировать скорости развития дефектов и время достижения ими критических размеров.
Действующая сегодня в отечественной энергетике система измерения повреждений не может обеспечить полного исключения случаев разрушения паропроводов, а тем более, труб поверхностей нагрева котлов; такую систему практически создать невозможно, так как нужно учитывать экономические факторы и многочисленные особенности эксплуатации энергоустановок.
Более реальной задачей является усовершенствование существующей системы, чтобы она могла обеспечить допустимую меру опасности и долговечности оборудования. При этом приходится разрешать две трудносовместимые проблемы - повышать чувствительность и достоверность контроля, с одной стороны, и не повышать его стоимости, с другой.
Повышение достоверности и надежности контроля можно обеспечить за счет применения: более чувствительных методов с большей разрешающей способностью выявления дефектов; автоматического документирования результатов контроля; мониторинга контроля и счетчиков остаточного ресурса. Сокращение же стоимости контроля возможно при: обоснованном увеличении периодичности контроля; увеличении количества контрольных выборок; применении методов неразрушающего контроля, не требующих трудоемкой подготовки контролируемой поверхности.
Целе-ценностные характеристики результатов исследования:
- для совершенствования НТД, ориентированных на стареющие ТЭС, из многочисленного и многообразного «организма» ТЭС выделена система паропроводов свежего пара и горячего промперегрева в качестве наиболее характерной при старении в условиях ползучести;
уменьшено несоответствие между процессом эксплуатации - ремонта ТЭС и процессом реализации требований НТД по измерению повреждений на основе сочетания принципов системности, технологичности и учета индивидуальных, локальных особенностей типа «слабое звено - опасная зона»;
для группы стареющих ТЭС создан действующий макет системы нормативов по измерению повреждений и принятию решений, увеличивающих достоверность контроля и уменьшающих затраты на него путем совершенствования метрологического и технологического аспектов системы НТД.
Научная новизна результатов исследования состоит в следующем:
- выявлены наиболее повреждаемые элементы и зоны паропроводов, труб поверхностей нагрева котлов (ТПНК) и условия контроля этих повреждений, приемлемые для отраслевого НТД;
обоснована необходимость введения в систему НТД стареющих ТЭС концепции «категорий опасности»;
осуществлен переход отечественной системы НТД от безальтернативной к более соответствующей реальной ситуации в отрасли, с созданием нормативной системы «Живучесть» для группы стареющих ТЭС;
для системы паропроводов свежего пара, горячего промперегрева и паропроводов парогенераторов реализована нормативная система, увеличивающая достоверность измерения микроповреждений на основе технологии «микроструктурный мониторинг»;
- создана система мер выявления микроповреждения паропроводов из сталей

явление, которое наступает в тот момент, когда весь металл перегородок испытывает влияние пор.
Выявленные закономерности позволяют объяснить причину перехода от стадии установившейся ползучести к стадии ускоренной ползучести, который часто наблюдается при неизменности структуры и механических свойств металла. Повышение граничной самодиффузии железа в поврежденной порами стали 12Х1МФ интенсифицирует структурные превращения, поэтому одновременно с развитой поврежденностью на границах зерен фиксируется карбидная сетка.
Уровень жаропрочности металла паропроводов определяется структурой стали и ее поврежденностью. Значимость каждого из этих факторов на разных этапах эксплуатации различна. Впервые 100тыс. часов наработки, когда поврежденность металла незначительна, определяющая роль принадлежит структуре. При наработке более 100 тыс. часов, когда структура стабилизируется, а объем микродефектов увеличивается, возрастает роль меры поврежденности металла. Чем больше наработка, тем выше поврежденность металла и больше ее влияние на живучесть.
Характер изменения свойств металла в процессе длительной эксплуатации зависит не только от исходного состояния металла, но и от эксплуатационных факторов: температуры рабочей среды, напряженного состояния, частоты и
длительности перегревов, количества пусков и остановов, скоростей прогрева и расхолаживания, качества рабочей среды, наработки и др. Рассмотрим влияние этих факторов на долговечность паропроводов.
В периоды нестационарных режимов работы энергоустановки, например, при пусках, остановах, выходе на рабочие параметры, а также при аварийных изменениях режима работы, возникают резкие изменения температуры и давления среды и, как следствие, напряжений в металле паропроводов. Даже работа на номинальных параметрах пара сопровождается колебаниями температуры и давления.
Эксплуатация энергетического оборудования в условиях многократных резких изменений температуры может привести и приводит к возникновению и развитию специфических повреждений, обусловленных термической и малоцикловой усталостью металла. Под термической усталостью принято понимать образование трещин в деталях от термических напряжений, действующих циклически [19,20].
Эти напряжения возникают вследствие несвободного изменения размеров отдельных участков детали, если температура поверхности элемента конструкции