АНАЛИЗ ПАРКА БАРАБАНОВ КОТЛОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ

Проблема надежной и безопасной эксплуатации энергетического оборудования приобретает в настоящее время первостепенное значение, что связано в первую очередь со значительным сроком службы действующих технических устройств электростанций. На мощных энергоблоках и на котлах высокого давления барабаны занимают особое место, от них в значительной степени зависит безаварийная работа энергетического оборудования в целом.

За последние десятилетия накоплен большой положительный опыт эксплуатации, контроля, ремонта и исследования, а также оценки ресурсов барабанов котлов высокого давления на различных этапах их жизненного цикла.

В России в последнее время проводится совершенствование методов диагностики и оптимизации системы эксплуатационного контроля, что и предопределяет необходимость совершенствования традиционных методов и средств неразрушающего контроля [1].

При длительной эксплуатации барабанов котлов высокого давления в сложных напряженных условиях в агрессивных средах и под воздействием знакопеременных нагрузок в основном металле и металле сварных соединений происходят сложные процессы, связанные с накоплением структурной поврежденности, изменением характера распределения и величины полей внутренних напряжений, зарождением микротрещин и образованием макродефектов.

Проанализированы все эксплуатируемые барабаны высокого давления Томской области, усредненные данные по времени наработки представлены на (рисунке 1).

В настоящее время на ТЭЦ СХК в эксплуатации находится 28 барабанов котлов высокого давления, в составе котлов П-образной компоновки: ТП 230-2; ТП-10; ТП-12; БКЗ-210-9,8; БКЗ 230-9,8.

Рисунок 1. Отношение времени наработок к парковому ресурсу барабанов высокого давления Томской Области

На ГРЭС-2 в эксплуатации находятся 15 барабанов котлов высокого давления, в составе котлов: БКЗ-220-100-4; ТП-230-2; БКЗ-210-140.

На ТЭЦ-3 эксплуатируется два барабана из стали 16 ГНМА, в составе двух котлов БКЗ-500-140.

На ТНХЗ в эксплуатации находятся два японских котла B-H-0,5 (Бабкок - Хитачи 100-140) с 1989 года. Данные котлы однобарабанные, барабаны имеют сталь аналогичную по металлографическим исследованиям со сталью 20 К.

Для данной статьи рассмотрен барабан из стали 22К котельного агрегата БКЗ-220-100-4 установленного на Томской ГРЭС-2. Был произведен металлографический анализ данного барабана: описание микроструктуры обечаек барабанов (рис.2): феррито-перлитная микроструктура (зерна феррита + 40-45% зерен перлита) с полным отсутствием признаков видманштетта. Сфероидизация перлита отсутствует (1 балл по шкале приложения Д), графитизация не превышает 1 балла по шкале приложения В, микроповрежденность 1 балла (поры отсутствуют) по шкале приложения И СТО 17230282.27.100.005-2008. Содержание неметаллических включений - 1 балл (ГОСТ 1778-70).

Описание микроструктуры днищ барабана (рис.3): феррито-перлитная микроструктура (зерна феррита + 40-45 % зерен перлита) с полным отсутствием признаков видманштетта. Сфероидизация перлита отсутствует (1 балл по шкале приложения Д), графитизация не превышает 1 балла по шкале приложения В, микроповрежденность 1 балла (поры отсутствуют) по шкале приложения И СТО 17230282.27.100.005-2008. Содержание неметаллических включений - 1 балл (ГОСТ 1778-70).

Рисунок 2.Увеличено×200 – микроструктура обечайки барабана котла БКЗ-220-100-4

Рисунок 3. Увеличено×200 – микроструктура днища барабана котла БКЗ-220-100-4

За все время работы барабанов котлов в Томской области не было выявлено грубых нарушений, связанных с эксплуатацией, все работы по пуску и останову котлов велись согласно требованиям регламентированными нормативами [2, 3]. Нестационарных режимов и аварийных останов не было.

Капитальные ремонты котлов ТЭЦ СХК проводятся своевременно согласно [2]. При проведении капитальных ремонтов выполнялся контроль барабанов котлов в соответствии с требованиями НД.

Инженерно-технический персонал обеспечен соответствующими нормативно-техническими, методическими документами, правилами и руководящими указаниями по безопасной эксплуатации сосудов. На предприятии имеется обученный и имеющий удостоверения на право обслуживания котлов обслуживающий персонал, ответственный за исправное состояние и безопасную эксплуатацию паровых котлов. Также своевременно проводится проверка знаний руководящими, и инженерно-техническими работниками, правил, норм и инструкций по технике безопасности.

За время эксплуатации и контроля металла выявленные дефекты типа пор, раковин и подрезов удалялись с плавным переходом и места выборок контролировались МПД в текущий и последующие плановые остановы в объеме 100 %. Выборки нанесены на развертки с указанием мест расположения и размеров. Данные дефекты незначительны, в связи с высоким запасом прочности барабанов котлов.

Проведенные ремонты не оказали влияния на прочностные свойства металла, данный вывод подтверждают результаты на прочность барабанов котлов ТЭЦ СХК. В результате неразрушающего контроля не было обнаружено неметаллических включений, шлаков. Это говорит о качестве поставки барабанов котлов ТЭЦ СХК.

Во избежание остаточных напряжений, ремонты выполнялись по специально разработанным технологиям. Места выборки трещин имеют плавные переходы, без острых углов и заусенцев. Кромки всех трубных отверстий (имевших трещины и не имевших их) закруглены. Это значительно уменьшает концентрацию напряжений на кромках трубных отверстий и вероятность появления трещин. Произведено минимальное удаление металла.

Все трещины на теле барабана удалялись без применения сварки, значительных перегревов не возникало. При проведении следующего осмотра необходимо обратить внимание на места вальцовки труб, так как трещины могут быть скрыты под трубами.

Существующие и применяемые в настоящее время стандартные неразрушающие методы оценки технического состояния металла барабанов котлов высокого давления ориентированы главным образом на выявление уже существующих дефектов, они не позволяют определить стадию зарождения микроповрежденности. Объем и сроки проведения неразрушающего контроля определены требованиями директивных документов [1].

Для безопасной эксплуатации барабанов необходимо оценить их долговечность. При оценки долговечности металла барабанов котлов нужно решить две задачи: первая – расчет конструкции на заданный срок службы; вторая – установление дополнительного срока службы (остаточный ресурс).

Кроме того, для оценки долговечности необходимо провести комплекс длительных дорогостоящих испытаний на специальном оборудовании в различных агрессивных средах и обработку экспериментальных данных по специальным программам, что неприемлемо в условиях электростанций.

Список литературы:

1. Диагностика, повреждаемость и ремонт барабанов котлов высокого давления/Н. В. Абабков, Н. И. Кашубский, В.Л. Князьков и др.; под ред. А. Н. Смирнова. – М.: Машиностроение, 2011. – 256 с.
2. СТО 70238424.27.100.005-2008 Стандарт организации НП "Инвэл" Основные элементы котлов, турбин и трубопроводов ТЭС.
3. РД 34.17.439-96 Технологии и процедуры технического диагностирования и продления сроков службы сосудов, работающих под давлением