Антикайн П.А. Металлы и расчет на прочность котлов и трубопроводов

Подождите немного. Документ загружается.

Если имеется информация

числе пусков

из

холодного,

неостывшего

горячего состояний,

числе опрессовок

глубо-

ких падений давления,

то для

уточнения фактической наработки

разрешается пользоваться формулой

0,637

(Л/х

+ N

+ 0,02 N

+ 0,5ZkN

+ 2N

где

, Мь N

—

количество пусков котла

из

холодного, неостыв-

шего.

горячего состояний соответственно;

Л/'оп

i,25

—

число

гидравлических опрессовок

на

рабочее давление

и на 1,25

рабо-

чего давления соответственно;

—

число колебаний давления

при работе котла

на

глубину более

60% от

расчетного рабочего

давления;

k —

коэффициент приведения колебаний рабочего дав-

ления

пускам

из

холодного состояния

(при

относительном

по-

нижении

на 60% от

рабочего давления этот, коэффициент прини-

мается равным

0,1; при

снижении

на 70% —0,2; при

снижении

на

80% —0,36; на 90% —0,62; на 100% — 1).

Под горячим состоянием котла понимают промежуток простоя

до

10 ч

после отключения,

под

неостывшим

— до 90 ч.

Полный первичный контроль тонкостенных труб

отношением

13,3 на

котлах

проектным рабочим давлением

10 МПа

отношением

> 10,9 на

котлах

рабочим давлением

14 МПа

должен производиться одновременно

для

всех труб

при

достижении фактической наработки допускаемой величины

для

наиболее неблагоприятного типоразмера труб

наружным диа-

метром

76 мм и

более, обозначаемой

дальнейшем

Mm{

. Для

гибов

меньшим отношением

полный первичный контроль

может производиться

для

каждого

типоразмера отдельно

по

достижении

для

него величины расчетного ресурса.

В первичный контроль гибов

из

труб

наружным диаметром

76 мм и

более входит внешний осмотр, определение максималь-

ной овальности

или

отклонения профиля поперечного сечения

от

средней окружности, определение минимальной толщины стенки

в растянутой

нейтральных зонах, вырезка трех гибов

наи-

меньшим допустимым числом пусков

от

начала эксплуатации

до

следующего контроля

(N2) для

оценки поврежденности

их

внутренней поверхности

корректировки браковочных парамет-

ров

УЗК, а

также неразрушающий контроль

на

наличие дефектов

на наружной

внутренней поверхности гнутого участка.

При визуальном контроле недопустимыми дефектами считают-

ся трещины любых размеров, цепочки коррозионных

язв

глуби-

ной более

10% или

отдельные коррозионные язвы глубиной более

20% (номинальной толщины стенки трубы).

На котлах,

где

первичный контроль гибов

еще не

произво-

дился,

при

проведении такого контроля

для

упрощения

повы-

шения эффективности контроля вместо измерения овальности

рекомендуется производить измерение максимального отклонения

профиля поперечного сечения гиба

от

средней окружности.

На

Рис.

4.14. Измеритель для определения

отклонения профиля сечения гиба от ок-

ружности:

1,2 — опорные полки; 3 — указатель; 4 — цилиндри-

ческий эталон; 5 — измерительная ножка

гибах, которые проходили полный

первичный контроль до введения

положения [109], а также в случае

измерения максимального откло-

нения профиля поперечного сече-

ния от окружности можно не про-

изводить измерения толщины сте-

нок в нейтральных зонах гибов.

Измерение максимального от-

клонения профиля поперечного се-

чения гиба от круговой формы

определяется приспособлением, представленным на рис. 4.14. Из-

меритель состоит из корпуса с опорными ножками и указателя,

совмещенного с подвижной измерительной ножкой. На корпусе

измерителя наносится шкала, по которой в дальнейшем можно

определять отклонения.

Труднодоступные гибы труб диаметром до 108 мм можно

контролировать выборочно в количестве не менее 20%; при

диаметре более 108 мм — не менее 30%. Доступность гибов

определяется экспертно-технической комиссией во главе с глав-

ным инженером электростанции; их перечень утверждается глав-

ным инженером районного энергетического управления.

Забракованные при первичном контроле гибы, а также непро-

контролированные труднодоступные гибы одинакового с забрако-

ванным типоразмера и назначения должны быть сразу заменены.

Если на наружной поверхности растянутой при гибке части

гиба в эксплуатации обнаруживают трещины, то такой гиб необ-

ходимо заменить немедленно. Все другие гибы этого типоразмера

следует заменить в течение года с момента обнаружения такого

дефектного гиба. Гибы, идущие на замену, должны иметь номи-

нальную толщину стенки не менее указанной в табл. 4.2.

Таблица 4.2. Минимальная допускаемая номинальная толщина стенки трубы,

идущей на замену гибов, в зависимости от рабочего давления и наружного

диаметра трубы

Номинальный размер трубы, мм

Проектное рабочее давление пара за котлом, МПа

Номинальный размер трубы, мм

10 14

Диаметр

Толщина стенки

108

133

108

133

159

Примечание. На давление 14 МПа допускается применение гибов из труб 108Х

ХЮ мм и

159X14

мм по согласованию с УралВТИ или ПО Союзтехэперго.

По результатам замера овальности гибов

отклонений

от

формы окружности

при

первичном контроле расчитывают коли-

чество пусков

от

начала эксплуатации

до

второго контроля

—

величину

N2 для

гибов

овальностью более

или

отклоне-

нием

MaKC

£>

0,019.

Так,

для

барабанных котлов

7,29- 10

2~~

4,55

;

для

прямоточных котлов N2

2,16- 10

/Sa2

-4,55

, где Sa2 —

амплитуда

окружных напряжений

гибе

учетом

его

фактической формы,

МПа, определяется

свою очередь

как

{(^

1)[1

+0,009/(

(

10)]

2},

где

К2=

Ю+1,41 (D„/s-5,7)

-0,644-10"

-5,7)

В двух последних формулах

—

толщина стенки

нейтраль-

ной зоне гиба,

мм; а

—

овальность,

Если прямые измере-

ния толщины стенки

нейтральной зоне

не

были проведены,

то толщина стенки

по

нейтральному волокну пересчитывается

по результатам измерения толщины стенки

растянутой зоне:

(4R

) (4#

)

где s

—

измеренная толщина

стенки гиба

растянутой зоне,

мм.

Допускается определять вели-

чину

приближенно

по

номограмме, приведенной

на

рис. 4.15.

Для определения предельно допустимого числа циклов

начала эксплуата-

ции, после которого требуется повторный контроль гиба,

на

верхней горизонталь-

ной шкале откладывают толщину стенки гиба

по

нейтральному волокну; затем

опускают перпендикуляр

до

пересечения

кривой, соответствующей наруж-

ному диаметру трубы; точку пересечения сносят

по

горизонтали

до

пересечения

с кривой фактической овальности; далее

эту

точку

по

вертикали проектируют

на

кривую давления; точку пересечения вертикали

кривой давления

по

горизон-

тали сносят

на

прямую

(для

барабанных котлов)

или на

прямую

2 (для

прямоточных котлов); точку пересечения

прямыми

1 или 2

проектируют

по

вертикали

на

ось

абсцисс,

по

которой

определяют величину

На схеме этот путь отмечен пунктиром

буквами АБВГДЕ (толщина стенки

по нейтральной зоне гиба

—

наружный диаметр трубы

—

овальность гиба

—

давление

—

амплитуда напряжения

—

допустимое число циклов

до

второго кон-

троля)

Допустимое число циклов

до

второго контроля можно определять

через

величину

MaKC

которая определяется

по

результатам измерения максимального

отклонения

от

формы окружности прибором, показанным

на

рис.

4.15. Для

определения максимального отклонения измеритель прикладывают опорными

ножками

J и 2 к

поверхности трубы

нейтральной зоне,

при

этом ножка

У,

расположенная рядом

осью указателя, должна быть ближе

растянутой зоне

гиба,

чем

ножка

Перемещая измеритель

плоскости сечения, отыскивают

наибольшую величину

W\.

Таким

же

путем находят наибольшую величину

при этом измеритель поворачивают другой стороной, чтобы опорная ножка

/ опять оказалась ближе

растянутой зоне гиба. Максимальное отклонение

202

Рис.

4.15.

Номограмма

для

определения допускаемого числа пусков

N2 от

начала

эксплуатации

до

контроля

при

расчете

по

овальности

а\

—

барабанные котлы;

2 —

прямоточные котлы

формы сечения

от

окружности вычисляют

по

формуле

маК

с==0,786Г/

0,199Г/,

где

Wi —

большее

и Wj —

меньшее

из

значений

W\ и W

, мм.

Значения

исходя

из

измерения

определяют

для

барабанных котлов

по формуле N2

= 3,603-

4,55

и для

прямоточных котлов

по

формуле

1,065-10

а2

4,55

Здесь S

0,5p [о,5 -

) +

+3,75

у+

]

Порядок определения коэффициента у такой же, как при расчете величины

5а! для нахождения количества пусков до первичного полного контроля — N\.

Величину N

можно также определять приближенно по номограмме рис. 4.16.

Путь определения указан пунктирной линией ЛБВГД (отношение D

/s по оси

ординат — горизонталь на отношение

uaKC

на кривой — по вертикали на

кривую давления — по горизонтали на кривую / для барабанных котлов или

кривую

2 для

прямоточных

— по

вертикали вниз

на ось

абсцисс,

где

определяет-

ся

допустимое число пусков

А/2).

Гибы, имеющие овальность более 12% или отношение

И^макс

DH>

0,033,

необходимо немедленно заменять.

На каждом котле вместе с отключаемыми с ним трубопро-

водами выделяются контрольные группы гибов. В эти группы

отдельно входят гибы дренируемых и недренируемых участков.

Составляется перечень гибов, расположенных на недренируе-

мых и застойных участках. Этот перечень утверждает главный

инженер электростанции. К недренируемым гибам относят те

гибы, которые остаются заполненными водой при опорожнении

котла, а также гибы, в которых отсутствует порок при нормаль-

ной работе котла (иначе—«застойные участки»). К последним

относятся линии рециркуляции, линии аварийного слива и т. п.

Контрольная группа дренируемых труб состоит минимум из

20 гибов с наименьшими значениями N2, определенными по

результатам первичного контроля.

В контрольную группу недренируемых труб входят все до-

ступные для контроля недренируемые гибы.

На гибы контрольных групп составляется формуляр установ-

ленной в Положении [109] формы.

При выборочном контроле проводят все те же виды контроля

не менее чем на 50 гибах, которые выбирают по усмотрению

персонала электростанции. В число этих гибов должны войти

все недренируемые гибы.

Если при выборочном первичном контроле не было обнару-

жено дефектных гибов, то все гибы могут эксплуатироваться

до полного первичного контроля. В тех случаях, когда при

контроле обнаруживают дефектные гибы, проводят внеочередной

контроль.

Гиб трубы должен обладать достаточной прочностью при ста-

тическом нагружений внутренним давлением. Поэтому его мини-

мальная толщина в растянутой при гибке зоне должна быть

не менее

VAOH^

2(ТДОП + Р

4R + 2D, '

где р и

оп

— расчетные давление и допускаемое напряжение,

МПа, согласно ОСТ

108.031.02-75.

Периодический контроль контрольной группы дренируемых

гибов должен производиться при капитальном ремонте до до-

стижения фактического числа циклов

Л^

ср

^Л^2мин,

где

Л/гмин

—

наименьшее из всех значений N2 для гибов контрольной группы.

В дальнейшем периодический контроль гибов контрольной груп-

пы должен производиться при каждом капитальном ремонте, но

не реже чем через 100 пусков котла.

Периодический контроль всех доступных недренируемых ги-

бов после наработки N\

МИ

должен производиться при каждом

капитальном ремонте, но не реже чем через 50 пусков котла.

На котлах, в питательную воду которых возможно попадание

из производственного конденсата сероводорода, меркантана и

других химических соединений, усиливающих коррозию, все до-

ступные недренируемые гибы должны проверяться каждые три

года, но не реже чем через 50 пусков. Положение [109] регла-

ментирует форму записи результатов периодического контроля

гибов.

Периодический контроль должен включать в себя визуаль-

ный осмотр, магнитопорошковую дефектоскопию и УЗК всех

гибов контрольной группы, а также вырезку не менее трех гибов

на котел (с наименьшими N

) для контроля поврежденности

металла внутренней поверхности и для корректировки брако-

вочных параметров при УЗК.

Если при контроле дренируемых гибов не обнаружено ни

одного дефектного, то все гибы допускаются к дальнейшей экс-

плуатации. Если же обнаружены гибы с коррозионно-усталост-

ными или коррозионными дефектами, причем при их вырезке из

котла и разрезке для осмотра внутренней поверхности дефект-

ность подтвердилась, то необходимо проконтролировать 80 ги-

бов,

следующих по числу пусков N

за контрольной группой.

При отсутствии дефектов в этих 80 гибах все дренируемые

гибы допускаются к дальнейшей эксплуатации.

В случае выявления при контроле дополнительных 80 ги-

бов эксплуатационных коррозионных повреждений на 30% или

более при подтверждении результатов браковки при разрезке

хотя бы трех гибов должны быть заменены все гибы котла.

Если же забракованных гибов будет менее 30%, то контролю

подлежат все гибы котла.

При обнаружении в процессе периодического контроля хотя

бы одного гиба трещин на наружной поверхности в растянутой

зоне следует заменять все гибы этого типоразмера. В этом

случае требуется провести контроль растянутых зон гибов всех

типоразмеров на 20 гибах каждого типоразмера, выбирая гибы

с наименьшим значением N

Если при периодическом контроле дренируемых гибов были

выявлены металлургические, технологические или какие-либо

другие нетипичные дефекты гибов, то необходимо провести вне-

очередной контроль. Его объемы описываются несколько позже.

Условия эксплуатации недренируемых гибов более жесткие

по сравнению с дренируемыми. При обнаружении недопустимых

коррозионных дефектов на недренируемом гибе все однотипные

по условиям эксплуатации гибы должны быть заменены. Одно-

типными по условиям эксплуатации считаются водоперепускные

трубы между двумя барабанами, пароотводящие трубы выносных

циклонов ступенчатого испарения с недренируемыми или гори-

зонтальными участками и водоспускные трубы экранов с гори-

зонтальными участками.

Труднодоступные гибы образуют как бы самостоятельную

группу в отношении контроля. Непроконтролированные трудно-

доступные гибы одного размера и назначения необходимо заме-

нять,

если при периодическом контроле хотя бы в одном из

доступных гибов этого размера и назначения обнаружены недо-

пустимые коррозионные дефекты, наличие которых подтвердилось

при осмотре демонтированного и разрезанного гиба.

Гибы труб с наружным диаметром от 57 до 76 мм контро-

лируют путем вырезки и разрезки гиба каждого назначения сна-

чала через 70 тыс. ч эксплуатации и затем при каждом капи-

тальном ремонте. Если хотя бы на одном гибе будут недопусти-

мые коррозионные дефекты, то все гибы линии должны быть

заменены.

Внеочередной контроль следует проводить при вынужден-

ном останове котла из-за разрушения гиба, при обнаружении

дефектного гиба в процессе гидравлического испытания или при

первичном выборочном контроле, а также в случаях выявления

при плановых ремонтах гибов с дефектами некоррозионного

происхождения — поперечными трещинами, металлургическими

дефектами.

В случае аварийного разрушения гиба при эксплуатации

котла решение об объемах контроля и условиях дальнейшей

эксплуатации принимается экспертно-технической комиссией,

вызываемой для расследования причин аварии. Во всех других

случаях объем контроля определяется энергосистемой и согла-

совывается с УралВТИ или ПО Союзтехэнерго.

В случае замены гибов новые гибы должны проходить пер-

вичный контроль при установке. Для них следует сразу рассчи-

тать количество пусков до начала контроля N\. Если кон-

структивно возможно, то недренируемые участки должны быть

заменены дренируемыми. Вновь устанавливаемые гибы из стали

20 следует подвергать отпуску при 600—650° С в течение 1 ч

для снятия наклепа металла и остаточных напряжений, возник-

ших при холодной гибке.

Положение [109] рекомендует для снижения вероятности

коррозионно-усталостных поражений необогреваемых труб кот-

лов заполнять котел при растопках и гидравлических испыта-

ниях конденсатом турбин или химически обессоленной водой.

При опрессовках показатель рН следует поддерживать на уров-

не не ниже 8,5 путем дозировки аммиака. Перед растопкой

следует вводить в воду барабана котла гидразин в количестве,

обеспечивающем его концентрацию в котловой воде 2,5—

3,0 мг/кг; показатель рН необходимо поддерживать на уровне

9,0—9,2,

вводя для этого аммиак или едкий натр.

Предусматриваемые Положением объемы и методы эксплу-

атационного контроля трудоемки. Обследование гибов должно

сопровождаться съемом и последующим наложением тепловой

изоляции, строительством лесов и т. п. Такой подход экономи-

чески нецелесообразен. В этой связи рекомендации положения

следует рассматривать как временные вынужденные меры, тре-

бующие уточнения и совершенствования.

Следует также не забывать, что предлагаемая в Положении

методика учета влияния числа пусков и остановов условна,

она исходит из предпосылки о нагружений гиба одним внут-

ренним только давлением. Однако любой гиб расположен на

какой-либо трассе. На него действуют нагрузки от самокомпен-

сации трассы, нагрузки от веса трассы, тепловой изоляции,

веса заполняющих воды, пара или пароводяной смеси, которые

нагружают гиб дополнительными сжимающими или растягиваю-

щими силами, изгибающими и крутящими .моментами. Совокуп-

ность этих дополнительных нагрузок для каждого гиба в зави-

симости от специфики трассы будет своя.

Следует также учитывать, что замена гибов на более толсто-

стенные приводит к снижению самокомпенсационной способно-

сти трассы и увеличивает в остальных ее элементах напряже-

ния от самокомпенсации. Это явление особенно важно учиты-

вать при частичной замене гибов на трассе. Оставшиеся тонко-

стенные гибы будут работать в более жестких непроектцых

условиях.

Улучшая технологию изготовления гибов, выходной контроль

труб на металлургических заводах и входной на котлострои-

тельных заводах, а также совершенствуя водно-химический ре-

жим котлов и их консервацию, необходимо достичь такого поло-

жения, когда бы не требовалось проводить эксплуатационный

контроль гибов. Однако на этом пути также существуют опре-

деленные трудности.

Овальность, а точнее отклонение формы поперечного сечения

гиба от формы окружности, зависит от многих факторов: разно-

стенности исходной трубы, относительного радиуса гиба, отно-

шения наружного диаметра к внутреннему, износа сектора и

дорна трубогибочного станка. Для снижения овальности гибов

внутрикотельных трубопроводов и труб поверхностей нагрева

котлостроительные заводы перешли на большие относительные

радиусы гиба и в ряде случаев пошли на утолщение стенки труб,

стали чаще менять оснастку.

Перечисленные мероприятия, способствуя повышению экс-

плуатационной надежности гибов, имеют и отрицательные по-

следствия. Так, увеличение относительного радиуса гиба за-

трудняет оптимальную компоновку; утолщение стенки труб

повышает металлоемкость; частая замена оснастки требует

существенных затрат на изготовление секторов и дорнов и на

их замену на\ станках. Разностенность же исходных труб зави-

сит от способа\производства и не может быть изменена в сущест-

венных пределах.

На заводах энергетического машиностроения расширяются

производственные мощности для термической обработки гибов

труб, полученных методом холодной гибки.

В последнее время стали отмечаться коррозионные и корро-

зионно-механические повреждения и на внутренней поверхности

обогреваемых труб.

На котле

ТП-20

среднего давления после 95 тыс. ч эксплуатации и 350

пусков произошло разрушение нижнего гиба правого бокового экрана. Дав-

ление воды в трубе 3,9 МПа, температура 250°

С.

Труба изготовлена из стали

20, номинальный размер —

83X4

мм. Разрушение произошло между нейт-

ральной образующей и максимально растянутым при гибке волокном. Длина

раскрытия 250 мм при утонении в месте разрыва до 3 мм. Разрушение разви-

валось с внутренней поверхности трубы. После удаления коррозии химическим

и .механическим способами на внутренней поверхности трубы обнаружены язвы

глубиной до 0,8 мм. Наибольшее их количество обнаружено на нижней обра-

зующей слабо обогреваемой части гиба в полосе между растянутыми при гибке

и нейтральными волокнами. Изменений микроструктуры, связанных с перегре-

вом,

не обнаружено.

Положение с повреждениями гибов необогреваемых труб

на котлах среднего давления несколько лучше, чем на котлах

высокого давления в связи с тем, что трубы котлов среднего

давления имеют несколько большие фактические запасы прочно-

сти по напряжениям от внутреннего давления. То же относится

и к гибам обогреваемых труб поверхностей нагрева котлов высо-

кого давления. Овальность гибов труб поверхностей нагрева

котлов высокого давления несколько ниже, чем овальность ги-

бов необогреваемых труб в связи с их большей толстостенностыо.

На прямоточных котлах сверхкритического давления поддержи-

вается существенно лучший водный режим по сравнению с бара-

банными котлами высокого давления. Совокупность перечислен-

ных причин и вызвала наибольшую повреждаемость гибов

необогреваемых труб барабанных котлов с рабочими давлениями

пара 10 и 14 МПа по сравнению с обогреваемыми трубами тех

же котлов и необогреваемыми трубами котлов среднего давле-

ния.

4.5. Коррозия труб экранных поверхностей нагрева

Коррозия металла — процесс его разрушения, происходящий

из-за химического или электрохимического воздействия внешней

среды. В топке и газоходах газовая коррозия наружной поверх-

ности труб и стоек пароперегревателей происходит под воздей-

ствием кислорода, диоксида углерода, водяных паров, серни-