Повышение рабочего ресурса элементов теплосилового оборудования электростанций с учетом макроповреждаемости металла : экспериментально-теоретические основы и методология расчета

• Автор: Гринь, Евгений Алексеевич
• Шифр специальности: 05.14.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 338 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1 Подходы к определению ресурса и оценке сопротивления разрушению энергетического оборудования с учетом макроповрежднности ме1 талла состояние вопроса
1.1 Состояние и повреждаемость основных элементов длительно эксплуатируемого тепломеханического оборудования ТЭС

1.1.1 Котлоагрегаты.

1.1.2 Станционные трубопроводы

1.1.3 Сосуды, работающие под давлением

1.1.4 Паровые турбины.

1.2 Хрупкое и квазихрупкое разрушение материалов критерии трещи постой кости

1.3 Циклическая трещиностойкость материалов

1.4 Рост трещин в стали при механическом нагружении и воздействии водной среды коррозионномеханическая трещиностойкость.
1.4.1 Специфика исследований кинетики усталостного разрушения сталей в условиях воздействия водных сред повышенных параметров
1.4.2 Анализ особенностей влияния водных сред на характеристики трещиностойкости сталей энергооборудования
1.5 Развитие трещин в теплоустойчивых сталях при длительной статической нагрузке в условиях ползучести
1.6 Основные принципы расчтной оценки долговечности элементов энергооборудования с учтом стадии развития трещиноподобных дефектов
1.7 Выводы по главе 1. Цель и задачи исследования
Глава 2 Моделирование процесса развития трещин в металле.
2.1 Модель развития усталостной трещины в металле с учтом воздействия жидкой среды на базе кинетической модели Екобори.
2.2 Модель кинетики коррозионноусталостного разрушения металла
по механизму анодного растворения
2.3 Модель развития коррозионноусталостной трещины по катодному механизму охрупчивания металла.
2.4 Феноменологическая модель развития трещины в металле при высокотемпературной ползучести.
2.5 Выводы по главе 2
Глава 3 Материал, испытательное оборудование, методика исследований .
3.1 Материал и его свойства, образцы.
3.1.1 Исследуемый материал.
3.1.2 Образцы для испытаний.
3.2 Испытательное оборудование и технические средства измерений
3.2.1 Испытания на статическую и циклическую трещиностойкости металла в среде лабораторного воздуха.
3.2.2 Испытания на коррозионноциклическую и коррозионностатическую трещиностойкость металла в жидкой среде
3.2.3 Испытания на трещиностойкость металла при статической нагрузке в условиях ползучести.
3.3 Методика проведения исследований
3.3.1 Испытания на статическую и циклическую трещиностойкости металла в среде лабораторного воздуха
3.3.2 Испытания на коррозионноциклическую трещиностойкость.
3.3.3 Испытания на статическую трещиностойкость в условиях высокотемпературной ползучести
3.4 Выводы по главе 3.
Глава 4 Статическая и циклическая трещиностойкость материалов.
4.1 Статическая трещиностойкость вязкость разрушения.
4.2 Цикличекая трещиностойкость
4.2.1 Влияние на циклическую трещиностойкость геометрии образца и асимметрии нагружения.
4.2.2 Влияние температуры испытаний и состояния металла на циклическую трещиностойкость.
4.3 Выводы по главе 4.
Глава 5 Исследования кинетики развития трещин в металле при нагружении и воздействии активной водной среды.
5.1 Влияние состава коррозионной среды
5.2 Влияние параметров циклического нагружения
5.3 Влияние динамического состояния среды, температуры и состояния металла.
5.4 Кинетика трещин в сталях при статической нагрузке и воздействии коррозионной среды
5.5 Исследование электрохимических параметров в вершине трещины и анализ механизмов влияния коррозионной среды на процесс разрушения металла.
5.6 Выводы по главе 5.
Глава 6 Кинетика трещин в.теплоустойчивых сталях при высокотемпературной ползучести .
6.1 Общие закономерности развитиялрещин в сталях при ползучести
6.2 Модифицированные зависимости скорости развития трещин ползучести в сталях. .
6.3 Выводы по главе 6.
Глава 7 Практическая реализация метода определения живучести элементов энергооборудования
7.1 Базовые кинетические диаграммы трещиностойкости сталей энергооборудования
7.2 Аппроксимация поля напряжений и методы определения коэффициента интенсивности напряжений в элементах оборудования
7.3 Алгоритм расчта долговечности элементов конструкций с учтом наличия в них трещиноподобных дефектов расчт живучести.
7.4 Примеры практического применения метода определения живучести элементов энергооборудования
7.4.1 Расчт живучести барабана котла ТП9 с трещинами на кромках отверстий питательных труб.
7.4.2 Анализ условий и оценка причин разрушения барабана котла ТГМ в результате гидроиспытаний после проведенного ремонта
7.4.3 Расчтная оценка живучести гибов необогреваемых труб котла ТГМ4
7.4.4 Расчтная оценка живучести гибов питательного трубопровода энергоблока 0 МВт.
7.4.5 Расчт живучести гиба пароперепускной трубы котла
7.4.6 Анализ процесса разрушения стыкового сварного соединения паропровода ГПП блоков 0 МВт.
7.4.7 Оценка живучести узла сопряжения переходного штуцера деаэрационной колонки с баком корпуса деаэратора повышенного давления.
7. 5 Выводы по главе 7
Заключение и общие выводы.
Список литературы


Одними из наиболее повреждаемых среди сосудов давления на тепловых электростанциях являются деаэраторы ВД. Количество деаэрационных установок, имевших повреждения в процессе эксплуатации, составляет более от общего их количества. При этом порядка от общего числа поврежднных деаэраторов имеют срок эксплуатации более лет. Серьзные повреждения наблюдались на деаэраторах многих электростанций России и ранее Советского Союза крупные аварии, сопровождающиеся разрушением деаэраторного бака с отрывом колонки, произошли в г. КзылОрдыпской ТЭЦ6 и Ереванской ТЭЦ и в начале нынешнего века на одной из ТЭС России. Разрушения деаэраторов на КзылОрдынской ТЭЦ6 и Ереванской ТЭЦ произошли с отрывом деаэрационной колонки и разрывом деаэраторного бака на несколько частей. ВСтЗкп. Расследование этих аварий показало, что, помимо прочих причин, в деаэраторах имелись трещины, расположенные, как правило, в зонах сварных соединений аппарата 1. Эти трещины, предварительно квалифицированные как коррозионноусталостные, явились очагами, по которым прошла траектория разрушения 1. Изложенные прецеденты подчркивают важность вопросов наджной и безопасной эксплуатации деаэрационных установок. Распространенными эксплуатационными повреждениями деаэраторов являются язвенная коррозия металла трещины в местах приварки ребер жсткости к телу бака трещины в зонах угловых сварных соединений приварки деаэрационшлх колонок к баку трещины в основных сварных соединениях. При этом наиболее уязвимыми в корпусах деаэраторов являются зоны концентрации напряжений, к которым в первую очередь относятся переходная зона сопряжения деаэрационной колонки с баком и участки прерывистых швов приварки рбер жсткости к баку. Известно множество случаев повреждений в виде глубоких, в том числе сквозных, трещин в указанных зонах корпусов деаэраторов 1. Выполненные металлографические исследования на фрагментах поврежднных участков деаэраторов показали, что зарождение трещин в металле происходит, как правило, с участием силового фактора по механизму малоцикловой или термической усталости, в то время как развитие разрушения сопровождается существенным вкладом коррозионного фактора 2. Установлено, в частности, что в вершине типичной трещины наблюдаются тонкие ответвления с выраженной коррозионной морфологией, располагающиеся под углом к магистральному направлению 2. Это указывает, что вероятным механизмом разрушения является коррозионное растрескивание вдоль плоскостей скольжения металла. Проблема повреждаемости корпусов деаэраторов ВД дефектами типа трещин актуальна не только для отечественной но и Европейской энергетики 3, 4. В работе 3 выполнен подробный анализ причин развития трещин в корпусе деаэраторного бака, а также приводятся предварительные данные промышленного эксперимента регистрации электродного потенциала металла бака при непрерывной эксплуатации деаэратора на протяжении суток. Высказывается предположение 3, что наиболее вероятным механизмом, ответственным за повреждаемость деаэраторных баков, является растрескивание металла бака в процессе его деформирования и одновременного воздействия водной среды т. Среди эксплуатируемых на ТЭС сосудов давления повреждения металла в результате совместного действия механических или термических напряжений и коррозионной среды встречаются также на корпусах подогревателей питательной воды ПВД и ПНД. Однако, по сравнению с деаэраторами, интенсивность повреждаемости данных сосудов дефектами коррозионномеханического типа значительно ниже, что может быть объяснено не столь высокими уровнями напряжений в местах контакта металла с водной средой 2. К числу наиболее ответственных элементов проточной части паровых турбин относятся цельнокованые роторы, валы и насадные диски. Эксплуатационные повреждения цельнокованых роторов обуславливаются высокотемпературным воздействием и термоусталостыо. Повреждения валов и насадных дисков чаще всего встречаются в зонах фазового перехода, при этом характерным повреждением в этом случае является коррозионномеханическое растрескивание металла коррозия под напряжением или коррозионная усталость 5.