Повышение живучести паропроводов ТЭС на основе совершенствования опорно-подвесной системы

Данное исследование выполнено в соответствии с научно-технической отраслевой комплексной программой «Живучесть стареющих ТЭС» и посвящено разработке проблем, связанных с повышением живучести паропроводов.

В настоящее время доля стареющих ТЭС в общем количестве тепловых электростанций в Российской Федерации значительна. При эксплуатации оборудования этих электростанций до сорока и более лет возникает проблема поддержания их живучести. Опыт эксплуатации показывает, что к наиболее опасному оборудованию ТЭС с точки зрения живучести относятся паропроводы свежего пара и горячего промперегрева. Повреждения происходят как за пределами установленного ресурса, так и до его исчерпания. Одной из причин повреждений деталей и элементов паропроводов является действие дополнительных, не учтенных при проектировании нагружающих факторов, связанных с работой опорно-подвесной системы. Следовательно, эффективное решение проблемы стареющих ТЭС невозможно без решения проблемы совершенствования (оптимизации) опорно-подвесной системы для повышения живучести деталей и элементов паропроводов, т.к. существенной частью процесса совершенствования комплексного подхода измерения и восстановления живучести стареющих ТЭС является определение «опасных», работающих с наибольшими напряжениями от всех нагружающих факторов, деталей и элементов паропроводов, для своевременного обнаружения возникающих дефектов, установления закономерностей их появления и разработки мероприятий по устранению причин их вызывающих.

Оптимизация опорно-подвесной системы за счет снижения уровня фактических действующих напряжений в металле деталей и элементов должна обеспечить максимальную длительную и безаварийную работу паропроводов. Для решения этой задачи необходима разработка научно-технических и технологических основ оптимизации (совершенствования) опорно-подвесной системы с учетом сложно-напряженного состояния паропроводов, находящихся в длительной эксплуатации.

Снижение действующих напряжений в металле длительно работающих паропроводов за счет оптимизации опорно-подвесной системы увеличивает ресурс работы паропроводов при минимальных затратах.

Цель работы: разработка научно-технических и технологических основ оптимизации (совершенствование) опорно-подвесной системы для повышения живучести находящихся в эксплуатации паропроводов.

Основные задачи работы:

— создание и совершенствование методики по выявлению деталей и элементов паропроводов, работающих с наибольшими напряжениями от воздействия всех нагружающих факторов с учетом фактического состояния трассы и опорно-подвесной системы креплений паропроводов;

— обоснование повышения живучести деталей и элементов паропроводов методом перераспределения действующих напряжений за счет воздействия на опорно-подвесную систему;

— разработка методов моделирования частичных и полных защемлений паропроводов и опорно-подвесной системы креплений для повышения точности определения напряженного состояния паропроводов при проведении расчетов на прочность и самокомпенсацию по их фактическому состоянию;

— разработка метода повышения живучести сварных соединений трубных элементов сложного профиля типа «труба — арматура», «труба — конусный переход» ;

— разработка рекомендаций по изменению норм допустимого небаланса нагрузок опорно-подвесной системы паропроводов, находящихся в эксплуатации.

Научная новизна результатов исследования состоит в следующем:

— разработана методика выявления деталей и элементов паропроводов, работающих с наибольшими напряжениями от действия всех нагружающих факторов, с учетом фактического состояния трассы паропроводов и опорно-подвесной системы креплений;

— усовершенствованы нормы допустимого небаланса нагрузок опор и подвесок и нормы оценки тепловых перемещений паропроводов, находящихся в эксплуатации;

— обоснованы и реализованы положения по повышению живучести деталей и элементов паропроводов за счет воздействия на опорно-подвесную систему;

— обоснованы и реализованы принципы моделирования частичных и полных защемлений паропроводов и опорно-подвесной системы креплений при проведении расчетов на прочность и самокомпенсацию по их фактическому состоянию;

— разработаны рекомендации для определения расчетных (контрольных) величин видимых тепловых перемещений паропроводов с учетом режимов эксплуатации;

— разработан метод повышения живучести сварных соединений сложного профиля типа «труба — арматура», «труба — конусный переход» ;

— разработан метод, снижающий возможность подгибки паропроводов при возникновении короблений из-за температурной неравномерности по периметру сечения.

Достоверность, конкретность и объективность полученных результатов обеспечена:

— учетом традиций и тенденций отечественной энергетики;

— практическим опытом проверки основных положений данного исследования более чем на 30-ти электростанциях при оказании им технической помощи в эксплуатации паропроводов и опорно-подвесной системы их креплений;

— практическим опытом продления безаварийной эксплуатации паропроводов на 60−70%- практическим опытом проведения анализа. проектов вновь вводимых энергоблоков, опытом проведения монтажных и пуско-наладочных работ по паропроводам, отработкой режимов работы паропроводов на головных и первых V энергоблоках электростанцийанализом результатов расчетов на прочность и самокомпенсацию по фактическому состоянию опорно-подвесной системы более чем на 100 паропроводах электростанций, в том числе на паропроводах свежего пара и горячего пром-перегрева Костромской ГРЭС.

Практическая ценность результатов исследования: обобщен двадцатипятилетний личный опыт диссертанта по решению проблемы обеспечения надежности паропроводов, их деталей и элементов за счет оп тимизации опорно-подвесной системы креплений путем апробации новых расчетных систем с последующим включением ряда положений в действующие НТД по тематике паропроводовсоздана методика выявления деталей и элементов, работающих с наибольшими напряжениями от воздействия всех нагружающих факторов, с учетом фактического состояния трассы паропроводов и опорно-подвесной системы креплений, включенная в отраслевую систему «Живучесть стареющих ТЭС», в отраслевую «Инструкцию по контролю и продлению срока службы металла котлов, турбин и трубопроводов» — обоснованы критерии допустимого небаланса реакций опор и подвесок для опорно-подвесных систем паропроводов, находящихся в эксплуатации и включены в отраслевой документ «Методические указания по наладке паропроводов ТЭС, находящихся в эксплуатации» — разработаны рекомендации для определения расчетных (контрольных) величин видимых тепловых перемещений паропроводов с учетом режимов эксплуатациию обоснован критерий оценки тепловых перемещений паропроводов, находящихся в длительной эксплуатацииразработаны расчетные модели сварных соединений и защемлений паропроводов и опорно-подвесной системы креплений применительно к программам расчета на прочность и самокомпенсацию «Рампа-90» и «Старт», повышающие достоверность расчетных данных по учету действующих моментов и усилий на детали и элементы паропроводовразработан и внедрен метод повышения живучести сварных соединений сложного профиляразработан метод, снижающий возможность подгибки паропроводов при возникновении коробления из-за температурной неравномерности по периметру сеченияразработаны и внедрены два типа конструкций разгружающих опор для повышения живучести сварных соединений сложного профиляразработаны два типа конструкций опор для предотвращения подгибки паропроводов при возникновении коробления. Автор защищает: методику выявления деталей и элементов, работающих с наибольшими напряжениями от воздействия всех нагружающих факторов, с учетом фактического состояния трассы паропроводов и опорно-подвесной системы крепленийметод перераспределения действующих напряжений за счет оптимизации нагрузок опорно-подвесной системы для повышения живучести деталей и элементов паропроводовкритерии допустимого небаланса реакций опор и подвесок для опорноподвесной системы паропроводов, находящихся в эксплуатацииметод, снижающий возможность подгибки паропроводов при возникновении коробления из-за температурной неравномерности по периметру сеченияи.

— метод повышения живучести сварных соединений сложного профиля типа «труба — арматура», «труба — конусный переход» .

Работа состоит из 159 страниц текста, 13 таблиц, 41 рисунков и 3 приложений.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах автора [20−38].

Данная работа — составная часть систематически проводимых в АО «Фирма ОРГРЭС» исследований/Она выполнялась автором в соответствии с научно-технической отраслевой комплексной программой «Живучесть стареющих ТЭС», связанной с повышением надежности элементов паропроводов и продлении их ресурса (до 300 — 400 тыс. часов). Цель работы состояла в разработке научно-технических и технологических основ оптимизации (совершенствования) опорно-подвесной системы для повышения живучести находящихся в эксплуатации паропроводов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.

1. Результаты статистического анализа свидетельствуют о том, что на эксплуатационную повреждаемость элементов паропроводов ТЭС оказывает значительное влияние состояние их опорно-подвесной системы, вызывающее недопустимое повышение рабочих напряжений по сравнению с проектными. Максимальные рабочие напряжения, определенные по фактическим нагрузкам на 15.

• 20% выше проектных. От 21 до 24% повреждений деталей и элементов паропроводов происходит из-за повышенных (непроектных) напряжений.

2. Разработана расчетно-экспериментальная методика выявления элементов паропроводов, эксплуатирующихся при наиболее высоких напряжениях. В методике учитывается комплексное влияние всех силовых факторов, в том числе: состояние опорно-подвесной системы после длительной эксплуатации, трассировка паропровода, защемления участков трассы и опорно-подвесной системы, а также влияние возможных короблений.

3. Разработан подход к совершенствованию опорно-подвесной системы (нагрузка, состав, расположение) направленный на снижение максимальных действующих напряжений в элементах повышенной категории опасности. Предложена расчетная модель сварного соединения паропроводных труб, основанная на учете влияния технологического и конструкционного факторов в условиях эксплуатации при фактических нагрузках (учитываются неоднородность свойств и разнотолщинность элементов по зонам соединения).

4. Предложены критерии допускаемого суммарного и индивидуального небаланса нагрузок опорно-подвесной системы паропроводов, находящихся в эксплуатации. По результатам расчетно-экспериментальных исследований установлено значения допускаемого суммарного небаланса нагрузок ±5% и ужесточен действующий в настоящее время допускаемый небаланс на отдельную опору с ±25% до ±15%.

5. Разработаны рекомендации по определению расчетных (контрольных) значений тепловых перемещений паропроводов с учетом режимов эксплуатации. Предложен критерий оценки видимых перемещений паропроводов, находящихся в эксплуатации.

6. Предложен метод повышения живучести сварных соединений сложного профиля, основанный на применении разгружающей опоры нового типа, снижающей действие изгибающих моментов и обеспечивающей свободное осевое перемещение паропровода.

7. Предложен метод снижения возможности возникновения подгибки паропроводов при короблении возникающем из-за температурной неравномерности по периметру сечения, основанный на применении специальных конструкций опор.

8. Разработан комплекс рекомендаций по снижению максимальных действующих напряжений в металле паропроводов, находящихся в эксплуатации. В указанный комплекс также вошли рекомендации по оптимизации опорно-подвесной системы и реконструкции трассировки паропроводов.

9. Основные положения работы внедрены на более чем 30 ТЭС, что позволило заметно улучшить живучесть установленных на них паропроводов и увеличить ресурс их работы на 60−70%. Результат достигнут за счет снижения максимальных действующих напряжений вследствие оптимизации работы опорно-подвесных систем и учета действия фактических нагрузок.

10. Рекомендации, разработанные в главах 1−4, внесены в нормативно-технологические и руководящие отраслевые документы, в том числе в отраслевую систему «Живучесть стареющих ТЭС», в «Инструкцию по контролю и продлению срока службы металла котлов, турбин и паропроводов», в «Методические указания по наладке паропроводов ТЭС, находящихся в эксплуатации», в «Методические указания по техническому диагностированию и продлению срока службы трубопроводов 2-й, 3-й и 4-й категории» .