Обеспечение и повышение надежности кожухотрубных теплообменных аппаратов паротурбинных установок

• Автор: Плотников, Петр Николаевич
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 363 с. : ил.

РЕФЕРАТ
Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, приложений и списка литературных источников, насчитывающего 216 наименований. Весь материал изложен на 310 страницах машинописного текста, содержит 124 рисунка и 17 таблиц, 5 приложений.
Ключевые слова: турбоустановка, турбина, теплообменный аппарат, трубные системы, безотказность, ремонтопригодность, долговечность, вибрационная надежность, коррозионная стойкость, напряженно-деформированное состояние, вибрационный расчет, модернизация, экономичность.
В диссертации приведены исследования статистики отказов теплообменных аппаратов паротурбинных установок, в которых, в частности, выполнен анализ таких показателей эксплуатационной надежности теплообменных аппаратов, как причины и частота отказов, время восстановления работоспособности, срок службы до списания. Выявлены основные факторы, определяющие снижение работоспособности теплообменных аппаратов паротурбинных установок.
Приведены результаты экспериментальных исследований динамических характеристик трубных пучков теплообменных аппаратов паротурбинных установок в условиях эксплуатации и результаты лабораторного моделирования динамики трубных систем, позволившие установить закономерности поведения таких систем при изменении различных параметров, а также определить аэродинамические силы, возникающие на трубках при их обтекании потоком теплоносителя.
Выполнены экспериментально-расчетные исследования напряженно-деформированного состояния подогревателей сетевой воды турбоустановки Т-110/120-130 Ново-Свердловской ТЭЦ, в результате которых определены значения усилий и напряжений, возникающих в трубках и трубных досках подогревателя. Расчетные исследования проводились в конечно-элементной постановке в компьютерном программном комплексе А1Ч8У8.
Выполнен анализ и обобщение данных по коррозионной стойкости трубок из сплавов на основе меди и проведено ранжирование материалов трубок по скорости коррозии в различных средах. Проведено экспериментальное исследование коррозионного растрескивания материалов трубок в условиях действия статических напряжений и реализовано моделирование изменения напряженно-деформированного состояния материала при образовании и развитии питтингов.
Разработана уточненная методика вибрационного расчета трубных систем кожухотрубных теплообменных аппаратов паротурбинных установок с реализацией в виде специализированной компьютерной программы.
Разработаны, исследованы и обоснованы конструктивные и технологические приемы и рекомендации, обеспечившие повышение эксплуатационной надежности теплообменных аппаратов турбоустановок, проведена их промышленная проверка, подтвердившая эффективность предлагаемых решений.
Произведена оценка экономической эффективности модернизации теплообменных аппаратов турбоустановок, направленной на повышение их эффективности и надежности.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ
ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Характерные повреждения теплообменных аппаратов
1.2.Причины возникновения вибрации трубных систем теплообменных аппаратов ПТУ
1.3. Экспериментальные исследования вибрации трубок и трубных систем теплообменных аппаратов
1.4. Теоретические методы исследования колебаний трубок и трубных систем теплообменных аппаратов
1.5. Напряженно-деформированное состояние теплообменных аппаратов ПТУ
1.6. Коррозионная стойкость трубок теплообменных аппаратов

1.7. Задачи исследований
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ КОЖУХОТРУБНЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

2.1. Повреждаемость теплообменных аппаратов, приводящая к отказам паротурбинных установок
2.2. Анализ показателей надежности теплообменного оборудования паротурбинных установок
2.3. Выводы

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРУБНЫХ СИСТЕМ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ПТУ
3.1. Сопоставление статических и динамических характеристик гладких и профильных витых трубок
3.2. Колебания трубных систем теплообменных аппаратов ПТУ в условиях эксплуатации
3.3. Особенности аэродинамического возбуждения трубок в теплообменных аппаратах ПТУ
3.4. Моделирование динамического взаимодействия в узле «трубка
- промежуточная перегородка»
3.4.1. Однопролетная гладкотрубная система
3.4.2. Двухпролетная гладкотрубная система
3.4.3. Двухпролетная система с профильной витой трубкой
3.5. Исследование фрикционного износа трубок в промежуточных перегородках
3.6. Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ТРУБНЫХ СИСТЕМ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

4.1. Экспериментальное исследование деформаций корпусных элементов сетевого подогревателя теплофикационной турбины в условиях эксплуатации
4.2. Моделирование напряженно-деформированного состояния элементов сетевого подогревателя ПСГ-2300-2
4.2.1. Анализ деформационных и силовых параметров, возникающих в ПСГ теплофикационных турбин в условиях эксплуатации

должен рассматриваться в контексте изучения этого влияния, с точки зрения последующей оценки остаточного ресурса аппарата и прогнозировании его ремонтов, в том числе и для правильного выбора материала трубок. Как показывает обзор литературы по данному вопросу, влияние эксплуатации настолько различно, что имеется необходимость в упорядочивании всей совокупности знаний по этому вопросу. Так в [7] указывается, что различие в эксплуатационных факторах может оказывать значительное влияние на ресурс практически однотипных теплообменных аппаратов.
Основная ошибка при прогнозировании ресурса теплообменных аппаратов ПТУ, по нашему мнению, заключается прежде всего в недооценке всех факторов, влияющих на надежность теплообменных аппаратов. В том числе и в недооценке (или в неполном знании) влияния уровня напряженности в материале трубок на их коррозионную стойкость. В работах [7,74-77,82] отмечается, что большинство повреждений трубок теплообменных аппаратов ПТУ связано с коррозионно-эрозионными процессами, в том числе в условиях действия статических и динамических напряжений в трубках трубных систем.
В связи с этим трубки теплообменных аппаратов ПТУ наряду с общей коррозией могут быть в значительной степени подвержены и коррозионному растрескиванию под напряжением. Ряд публикаций последних 10-15 лет [7,13,74-78,82] выявил случаи коррозионного растрескивания как в трубках конденсаторов, так и в трубках горизонтальных сетевых подогревателей.
Рассмотрим более подробно публикации последних лет. Так в [74] описываются повреждения латунных труб (Л68 и ЛО70-1) в ПСГ турбоустановок Т-100-130. При этом первые повреждения металла труб фиксируются уже через 7-8 лет, а после 12-15 лет эксплуатации они могут приобретать массовый характер. Отмечается, что коррозионные разрушения трубок наблюдаются с паровой стороны на участках трубного пучка теплообменного аппарата, где происходит завершение процесса конденсации