Повышение износостойкости оборудования паротурбинных установок электрических станций

• Автор: Рыженков, Вячеслав Алексеевич
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 58 с. : ил

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Весьма существенное влияние на надежность и ресурс работы оборудования электрических станций оказывает износ поверхностей конструкционных материалов, являющийся следствием протекания эрозионных, коррозионных, эрозионно-коррозионных и кавитационных процессов. В наиболее неблагоприятном положении оказались паротурбинные установки. Повреждаемость поверхностей элементов проточных частей турбин (рабочие и сопловые лопатки, диски и роторы, корпуса, обоймы, диафрагмы и др.), стопорных и регулирующих клапанов, насосов, теплообменных поверхностей регенеративных и сетевых подогревателей паротурбинных установок усугубляется наличием высокого уровня тепловых и механических напряжений. Актуальность этой проблемы в современных условиях определяется следующими обстоятельствами:
- невысокой эффективностью и не универсальностью штатных способов повышения износостойкости элементов оборудования;
- недостаточным уровнем знаний о влиянии эксплуатационных факторов на интенсивность эрозионных и коррозионных процессов, их взаимосвязанного влияния на износ рабочих поверхностей;
- снижением «качества» рабочего тела за счет попаданий в тракты оборудования органических и неорганических примесей, систематическое определение концентраций которых не предусмотрено штатными инструкциями;
- ухудшением механических характеристик и изменением структуры конструкционных материалов оборудования, исчерпавшего свой расчетный ресурс и по-прежнему находящегося в эксплуатации;
- предполагающейся заменой устаревших блоков мощностью 150-200 МВт на более экономичные энергоблоки мощностью 300 МВт на суперсверхкритические параметры пара, что обуславливает необходимость разработки новых конструкционных материалов, обладающих повышенной износостойкостью.
Цель работы. Разработка научных и методологических основ, технических и технологических решений, их практического внедрения с целью значительного повышения износостойкости оборудования паротурбинных установок тепловых и атомных электрических станций.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- реализован комплексный подход к изучению проблемы повышения износостойкости оборудования паротурбинных установок, учитывающий многообразие повреждающих и взаимовлияющих факторов;
- на основе выявленных закономерностей в кинетике эрозионного разрушения металлических поверхностей разработана универсальная методика проведения исследований и обработки результатов испытаний при определении эрозионной стойкости материалов и защитных покрытий;
- определено влияние на величину инкубационного периода, максимальную и установившуюся скорости эрозии конструкционных материалов размеров и количества капель влаги, их скорости и угла соударения с поверхностью;
- разработана методика оценки скорости эрозионного износа рабочих лопаток влажнопаровых ступеней;
- разработан универсальный оптический зонд, с помощью которого определено распределение по высоте проточной части размеров крупнодисперсной (эрозионноопасной) влаги за предпоследней и последней ступенями турбин К-160-130 и К-300-240;
- показано влияние значения pH, концентрации ЫаС1 и поверхностно-активных веществ в рабочем теле электрических станций на процесс эрозии конструкционных материалов;
- разработана методология одновременного повышения эрозионной и коррозионной стойкости конструкционных материалов посредством формирования универсальных многослойных покрытий на основе использования переходных металлов и их соединений 1/-/1 групп периодической системы Менделеева;
на основе комплексного использования современных методов исследований (хромато-спектроскопии, фотоэлектронной спектроскопии, газовой хроматографии, энергодисперсного анализа), а также коррозионных испытаний определены температурные границы эффективной применимости адсорбирующегося ингибитора коррозии - октадециламина;
- осуществлены анализ и обобщение результатов обширных натурных исследований по определению влияния пленкообразующего амина октадециламина на процесс удаления отложений с защищаемых от коррозии поверхностей, показана перспективность его применения для повышения коррозионной стойкости конструкционных материалов за счет удаления из поверхностных пор и трещин коррозионно-активных соединений - хлоридов.

Исследование проводилось в диапазоне температур от 180 °С до 330 °С с ^пользованием вращающихся в вакуумной камере в двух плоскостях образцов, с эазмещенными на них датчиками температуры, которые позволяли фиксировать зеальную температуру образцов. Очевидно значительное влияние начальной температуры формирования покрытия на эрозионную стойкость лопаточной стали, зто, безусловно, нельзя не учитывать при формировании покрытия на РЛ злажнопаровых ступеней, имеющих, как правило, большую относительную длину.
Отличительной особенностью ионно-плазменных способов формирования юкрытий является возможность проведения на предварительном этапе или здновременно с процессом модификации поверхностных слоев защищаемого материала, которая достигается за счет воздействия на поверхность зысокоэнергетических частиц (ионов или атомов). При изменении времени зоздействия (бомбардировки) или увеличении энергии ионов можно не только /далить загрязнения и различные окислы с поверхности, что весьма важно с точки !рения повышения степени адгезии, но и также изменить поверхностные и збъемные свойства подложки. При бомбардировке поверхности образцов юпаточной стали ионами аргона с энергией 300 ЭВ и длительности воздействия до 30 минут очевидно значительное влияние на процесс эрозии стали (см. рис. З.6.З.): зущественно увеличивается инкубационный период ГПо, еще в большей степени -жорость эрозионного износа Ём[18, 19].
Ех1О'2, м
1с. 3.6.3. Кинетика эрозии лопаточной стали при предварительной обработке ее »верхности ионами аргона (♦ - без обработки поверхности; ■- с обработкой »верхности ионами аргона)
Применительно к проблеме разработки универсального износостойкого
юкрытия важное значение имеет его коррозионная стойкость. На рис. 3.6.4.