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

Подождите немного. Документ загружается.

Конструкция устройства раздачи относительно холодной

питательной воды

по

водяному объему барабана должна пол-

ностью исключать возможность

ее,

попадания

на

стенки бара-

бана.

противном случае неизбежно произойдет образование

трещин термической усталости.

Трещины тепловой усталости обнаружены

местах ввода

относительно холодного раствора фосфата (вводится

для

коррекции водного режима)

около водяных штуцеров водо-

указательных колонок. Такого

же

рода трещины отмечались

около ввода линий рециркуляции экономайзеров.

За барабанами котлов высокого давления, изготовленных

из сталей 15ГНМ, 16ГНМА

и 22К, в

процессе эксплуатации

должны осуществляться визуальный

ультразвуковой контроль,

а ,также периодическая магнитопорошковая дефектоскопия.

Через каждые

25 тыс. ч

эксплуатации должен выполняться

визуальный осмотр

магнитопорошковая дефектоскопия внут-

ренней поверхности каждого листа корпуса обечайки

водяном

объеме

на

площади, размерр.м

200X200

мм,., С

такой

же

перио-

дичностью требуется контролировать

'с

помощью магнито-

пррошковрй. дефектоскопии отверстия водоопускных, рецир-

куляционных

питательных труби водоуказательных приборов,

йри этом контроле следует: захватить поверхность отверстий

;

штуцеров

примыкающими

к ним

участками, внутренней

поверхности барабана шириной

30—40 мм от

кромки отверстия.

Через каждые

50 тыс. ч

эксплуатации-необходимо контро-

лировать основные электросварные

швы,

днища, лазовые отвер-

стия

отверстия пароотводящих

пароперепускных труб.

До.

всей длине контролируют

100%

продольных

кольцевых

дивов

ркодошовной зоной

60—80 мм

путём визуального осмотра,

магнитопорош'ковой

ультразвуковой дефектоскопии. Днища

осматривают

наружной

и,

внутренней поверхностей

по

всей

их площади.', Поверхность лозового отверстия, область, при-

легающую

нему,

на 100 мм, и

уплотнительные поверхности

затвора проверяют

магнитопорощкрвой дефектоскопией.

!, Также каждые

50 тыс;, ч

эксплуатации контролируют магнито-

порршковой дефектоскопией отверстия пароотводящих, паро-

перепускных'и прочих труб

примыкающей

к ним

внутренней

поверхнрстью барабана шириной

30—40 мм; при,

этом контроле

р,бъем должен составлять

не

менее

15%

отверстий группы труб

одноименного назначения,

но не

менее

2% в

каждой группе.

[

,По,.результатам обследования состояния металла барабана

котла работниками

электростанции

ремонтного

предприятия

рассматривается документация

принимаются необходимые

решения,

с тем

чтобы обеспечить надежную эксплуатацию

дотла

.при

номинальных параметрах.

Если обнаружены ,непровары, поры

шлаковые включения

в',

серных

швах, превышающие допускаемые величины

по дей-

ствующим нормативам,

также если выявлены расслоения

металла,

то

вопрос

возможности эксплуатации барабана

с этими дефектами должен решать завод-изготовитель

или

головная конструкторская организация

— НПО

ЦКТИ.

При обнаружении трещин

барабане ремонтным предприя-

тием энергоуправления составляется технология ремонта, кото-

рая должна быть согласована

руководством электростанции

и заводом-изготовителем.

Трещины удаляются рассверловкой отверстий. Разрешается

выборка трещин шлифовальным кругом. Огневая выборка

дефектов

не

допускается.

При

выборке трещин следует избегать

резких переходов

—

концентраторов напряжений, Полнота

удаления трещин проверяется магнитопорошковой дефекто-

скопией

или

травлением места выборки 10—20%-ным раство-

ром азотной кислоты.

Выборка дефектов должна выполняться

на

режимах,

не

вызывающих нагрева металла

до

цветов побежалости.

Если поверочный расчет показывает,

что

мостики между

отверстиями после рассверловки обеспечивают достаточную

прочность, барабан может быть допущен

эксплуатации.

Если

же

выборка трещин ослабила мостик

прочность

их

ока-

зывается недостаточной, производят подварку.

Для подварки барабанов, выполненных

из

стали

22К,

используются электроды УОНИ

13/45, а для

барабанов

из' рта-

лей 16ГНМ.

16ГНМА —электроды УОНИ

13/55, в

обоих

случаях применяются электроды

0 3—4 мм. Для

ремонтных

подварок

на

штуцерах используются электроды обоих типов.

Перед наплавкой

электроды должны быть прокалены

при

температуре 350—400°

С в

течение

2 ч,

после чего необходимо

проверить

их

технологические свойства.

При обнаружении трещин

на

внутренней поверхности шту-

церов

их

также выбирают механическим способом. Если тол-

щина штуцера после выборки становится меньше расчетной,

то

производят наплавку

на

наружную поверхность штуцера.

В тех

случаях, когда толщина стенки штуцера после выборки

3 мм

или менее, наплавка

не

допускается; требуется замена штуцера.

Ремонтная наплавка

на

наружную поверхность штуцера

выполняется кольцевыми швами

по

всей

его

окружности. Каж-

дый последующий валик должен перекрывать предыдущий

на

1/3

ширины. После наплавки каждого валика

поверхности

металла удаляют шлак

брызги. Общая толщина наплавки

должна быть

не

менее полуторной глубины выборки,

высота

наплавки

по

образующей штуцера должна превышать протя-

женность выборки

на 10—15 мм.

При ремонтной наплавке поверхности трубного отверстия

в барабане применяются предварительный

сопутствующий

подогревы. Стали 16ГНМ

16ГНМА требуют подогрева

до 150—200° С, сталь 22К — до 120—150° С. Нагрев должен

быть равномерным по кольцу на участке шириной не менее

250 мм в каждую сторону от оси трубного отверстия. Термо-

пары должны устанавливаться со стороны, противоположной

расположению нагревателя.

Наплавка на поверхность барабана, включая продольные

и кольцевые швы, может выполняться при глубине выборки

не более 30 мм и при длине не более 250 мм. Технология ее

та же, что и при наплавке поверхности трубных отверстий.

Наплавка может быть двух- или многослойной. После наплавки

толщина стенки барабана должна превышать номинальную

на 3—'5 мм.

После наплавки необходимо провести термическую обра-

ботку — отпуск. Нагрев под отпуск желательно начинать прямо

после сварки, не дав металлу остыть. При отпуске темпера-

тура поднимается со скоростью 40—50° С/ч; температура отпуска

для сталей 16ГНМ и 16ГНМА 620—650° С, для стали 22К—

600—630° С. Продолжительность выдержки 5 ч (независимо

от марки стали). Охлаждение должно производиться со ско-

ростью 20—30° С/ч до 150° С. Затем нагреватели отключают

и происходит естественное охлаждение. Температура отпуска

должна контролироваться термопарами с регистрацией на само-

пишущем приборе.

ЛТри проведении термической обработки должна быть обес-

печена свобода расширения барабана.

Места наплавки на поверхность барабана после термической

обработки зачищают заподлицо с основным металлом до 3-го

класса чистоты. Места наплавки контролируются магнито-

, порошковой и ультразвуковой дефектоскопией на отсутствие

трещин, несплавлений, шлаковых включений и газовых пор.

После наплавки отверстий производят их расточку под

проектный диаметр.

После ремонта барабана составляется формуляр, в котором

указывают места выборки металла, их протяженность и глубину

с указанием фамилий сварщиков, выполнявших свароч-

ные работы.

После осмотра и контроля, который установил отсутствие

недопустимых дефектов, барабан предъявляют инспектору

Госгортехнадзора СССР.

Внутрибарабанные устройства собирают после гидравли-

ческого испытания котла.

При подварке применяются предварительный и сопутствую-

щий подогрев до 150—200° С. После подварки проводят отпуск

,при 650° С с выдержкой 5 ч. Затем отверстие растачивают

до заданного диаметра шлифовальным кругом. Наплавленный

металл проверяют магнитопорошковой дефектоскопией на отсут-

ствие трещин, несплавлений и шлаковых включений.

^ При длительных остановах котлов может протекать стоя-

ночная коррозия барабанов. Стояночная коррозия способствует

дальнейшему развитию трещин, образовавшихся в стенке бара-

бана по каким-либо причинам. Если барабан оставляют запол-

ненным водой, то коррозией поражена внутренняя поверхность

по линии раздела воды и воздуха. Один из способов консер-

вации при останове — заполнение барабана азотом. Этот же

способ может, быть использован для защиты от стояночной

коррозии и внутренней поверхности других элементов паровых

котлов и трубопроводов.

- При контроле металла барабанов в эксплуатации прихо-

дится иногда сталкиваться также с коррозией по наружной

поверхности в местах соприкосновения с кладкой, особенно когда

по каким-то обстоятельствам во время стоянки кладка ока-

зывается мокрой.

В эксплуатации находится большое количество котлов малой

и средней производительности. Многие из них поставлены зару-

бежными фирмами «Бабкок — Вилькокс», «Штейнмюллер»,

«Гарбе» и др. Эксплуатируется парк котлов Шухова, Шухова —

Берлина, ДКВР, Е 1/9 и др. Все котлы имеют барабаны, многие

содержат сухопарники, грязевики, секционные камеры. Если

на тепловых электростанциях и крупных промышленных ТЭЦ

эксплуатация оборудования осуществляется высококвалифи-

цированным персоналом, то обслуживание мелких промышлен-

ных котельных, как правило, доверяется работникам средней

квалификации. В этой связи при осмотрах и ремонта'х необходим

тщательный контроль барабанов, сухопарников и других эле-

ментов, входящих в систему котла. Требуется контроль и труб-

ной системы.

При внутреннем осмотре котлов необходимо обращать вни-

мание на выявление возможных дефектов: трещин, надрывов,

отдулин, выпучин, коррозионных поражений с внутренней и

наружной сторон, нарушений плотности и прочности сварных,

заклепочных и вальцовочных соединений. Разрушения обмуровки

и тепловой изоляции могут привести к опасному перегреву

металла до температур существенно выше расчетных (например,

обрушение торкрета на котлах типа ДКВР со стороны топки).

Поэтому на них также необходимо обращать внимание.

При осмотре вальцовочных соединений следует обращать

внимание на высоту и угол раскрытия колокольчиков, а также

на овальность внутренних диаметров развальцованных труб.

Длина выступающих концов, труб должна находиться , в пре-

делах норм, указанных в табл. 4.3. На колокольчиках не должно

быть трещин. Трубы с трещинами, рваными концами, пленами

и расслоениями должны быть заменены. Угол разбортовки

колокольчика должен составлять 15°. Колокольчик должен

уходить на 1—3 мм в отверстие в барабане.

Таблица

4.3.

Длина выступающих концов развальцованных труб

Наименование труб

Наружный

диаметр,

мм

Длина выступающего конца трубы,

мм '

Наименование труб

Наружный

диаметр,

мм

нормальная минимальная максимальная

Котлы давлением

до 6 МПа

Пароперегревательные

экономайзерные

Экономайзерные

Кипятильные

экранные

Кипятильные

экранные*

51—60

102—108

Пароперегревательные

экономайзерные

Кипятильные

экранные

42—51

60—76

Для

камер

фасками

или

барабанов.

Для

камер

без

фасок.

Котлы давлением

6 МПа и

выше

Конец разбортованной трубы

не

должен иметь утонения

более

20% от

исходной толщины. Овальность

конусность

по внутреннему диаметру развальцованной трубы

не

должны

превышать

0,2 мм..

Осмотр вальцовочных соединений изнутри барабана реко-

мендуется проводить

для

очистки

от

шлама

накипи,

так как

трещины легче обнаружить

по

образующимся

над

ними шла-

мовым валикам (улиткам).

наружной стороны

барабана

повреждения вальцовочных соединений обнаруживаются

по подтекам котловой воды, солевым отложениям светлого

цвета

другим признакам течи.

Коррозионные поражения внутренней поверхности барабанов

чаще располагаются

по

нижней образующей,

они

также наблю-

даются

по

линии раздела пара

воды

случаях останова котла

с водой

без

консервации.

Важным мероприятием, помогающим уменьшить вероятность

образования трещин

барабанах

и,

особенно, язвенных пора-

жений вследствие стояночной коррозии, является консервация

котла.

При контроле металла барабанов приходится иногда сталки-

ваться также

коррозией наружной поверхности

местах

со-

прикосновения

кладкой, особенно когда

во

время останова

кладка оказывается мокрой.

частности, интенсивное пораже-

ние днищ котла ланкаширского типа обнаружено

при

обследо-

вании

его

работы

промышленной котельной.

При

уборке

по-

мещения

под

струей воды очищали

от

угольной пыли

относи-

тельно высоким содержанием серы.

На

наружной поверхности

образовывалась мокрая коррозионно-активная корка отложений.

В барабанах котлов малой производительности трещины

термической усталости чаще наблюдаются

районе отводов

к водоуказательным стеклам,

местах ввода питательной воды

и фосфата.

Для

зачистки

от

продуктов коррозии

отложений

удобно пользоваться молотком

затупленными зубилом

шабером.

При наличии признаков пропаривания, течи, видимых

по сы-

рым пятнам

на

обмуровке, следует удалить

этих местах

об-

муровку

для

тщательного осмотра барабана

или

других эле-

ментов котла.

Для проверки наличия отдулин

нижней части обогрева-

емых огнем барабанов полезно использовать струну. Зазор

между струной

корпусом барабана должен быть

пределах

допусков

на

изготовление согласно

ОСТ 108.030.39-80.

В эксплуатации находится большое количество котлов низ-

кого

среднего давления

заклепочными соединениями листов

обечаек

днищ

и с

вальцовочными соединениями труб

с ба-

рабаном

камерами.

этих соединениях после длительной

экс

уатации часто наблюдаются трещины

от

каустической

хрупкости

(рис. 4.27).

После осмотра барабанов производят осмотр коллекторов,

камер, грязевиков

сухопарников. Если

при

осмотре котла

будут обнаружены дефекты, вызывающие снижение прочности

его элементов,

то

работа котла должна быть запрещена. Ино-

гда котел может быть оставлен

эксплуатации

при

снижен-

ном рабочем давлении. Дефекты сварки, обнаруженные

про-

цессе осмотра, должны быть устранены

последующим кон-

тролем исправленных участков. Метод устранения дефектов

и порядок контроля исправленных участков устанавливаются

ремонтной организацией.

При

контроле участков сварных

со-

единений

ремонтных участков основного металла, выпол-

ненных

при

помощи подварки, должны применяться методы

не-

Рис.

4.27.

Характерное расположение трещин

накладках

листах обечаек

районе заклепочных швов

вальцовочных соединениях труб

барабанами:

—

темным показаны трещины

от

щелочной коррозии

заклепочном

шве,

б—пример характерного

расположения трещин

на

внешней поверхности развальцованного конца трубы

разрушающейся дефектоскопии (если материал и конструкция

позволяют осуществить такой контроль).

При выявлении дефектов, снижающих прочность, но не мо-

гущих привести к внезапному разрушению (например, корро-

зионные поражения на небольшую глубину), эксплуатация

котла возможна при сниженном давлении. Для этого необхо-

димо выполнить расчет, подтверждающий его прочность при

наличии дефектов и сниженном рабочем давлении.

При снижении разрешенного рабочего давления требуется

перестройка предохранительных клапанов и автоматики и рас-

четная проверка пропускной способности предохранительных

клапанов, так как в этом случае через то же проходное сече-

ние предохранительного клапана должен быть обеспечен про-

пуск того же количества пара при его большем объеме. Часто

предохранительные клапаны ставятся с большим запасом

пропускной способности. При недостаточной пропускной

способности их надо заменить или установить дополнитель-

ные.

Особого внимания требует контроль металла барабанов и

жаровых труб котлов ланкаширского и корнвалийского типов,

а также вертикальных цилиндрических котлов типов ММЗ,

ВГД, ТМЗ и системы Сарафа. Эти котлы имеют относитель-

но большие объемы, заполненные водой; как свидетельствует

отечественный и зарубежный опыт, их разрушение потенциаль-

но значительно опаснее, чем разрушение котлов многих других

типов. Деформация жаровой трубы при снижении уровня

воды ниже допустимого или превышение температуры металла

вследствие отложения накипи могут привести к взрыву этих

котлов.

Уязвимым местом котлов вертикального типа является плос-

кое упорное кольцо, которое первоначально присоединялось к

корпусу котла и жаровой трубе угловыми швами. Надежного

способа контроля качества таких швов не существует. В то

же время при форсировке нагрузки или резких колебаниях

режима в сварных швах и околошовной зоне возникают рез-

кие пики термических напряжений, они • усугубляются конст-

руктивными концентраторами напряжений, поэтому перешли

от плоских вварных упорных колец к штампованным (корыто-

образным), которые присоединялись к корпусу и жаровой

трубе стыковыми сварными швами. Эти котлы сняты с произ-

водства. Опасность эксплуатации таких котлов повышается

при использовании жидкого или газообразного топлива, когда

температура в топке и локальные тепловые потоки возрастают.

В районе упорного кольца, как правило, отлагается шлам и

образуется накипь. При нарушении огнеупорной футеровки со-

здается благоприятная ситуация для перегрева стенки в этом

особо напряженном месте.

4.12. Эрозионные повреждения энергооборудования

Эрозия — разрушение поверхностного слоя металла под

действием ударяющихся в него твердых частиц, капелек или

потока жидкости, а также потока пара.

Эрозия в воде и влажном паре, несущем капельную влагу,—

сложный коррозионно-эрозионный процесс. При ударе потока

или капелек влаги разрушается оксидная пленка. На внесе-

ние заметного вклада коррозионных процессов указывает, в

частности,, известный факт повышения эрозионной стойкости

углеродистых и низколегированных перлитных сталей при уве-

личении рН. Положительно влияет легирование хромом, Кото-

рый способствует улучшению коррозионной стойкости, в то же

время легирование молибденом и ванадием слабо влияет на-

эрозионную стойкость в воде и влажном паре.

Разрушению потоком воды подвержены детали питатель-

ных насосов высокого и сверхкритического давления, регули-

рующая и запорная арматура питательного водяного тракта.

Так, интенсивному эрозионному износу подвержены шиберы

питательных регулирующих клапанов (рис.

4.28).

При частич-

ном открытии клапана поток воды в сужении разрушает ши-

бер.

Происходит износ твердосплавных наплавок. Отжимаемый

к стенке трубы поток может вызвать эрозионный износ стенки

трубопровода вплоть до сквозного разрушения.

Не реже одного раза за 25 тыс. ч эксплуатации необхо-

димо проводить контроль толщины стенки трубопровода за

регулирующим питательным клапаном на расстоянии до 10

диаметров с помощью ультразвукового толщиномера. Следует

избегать при проектировании трассы питательного трубопро-

вода близкого расположения гибов за регулирующим пита-

тельным клапаном, так как струя воды, выходящая из су-

женного сечения, ударяется в гиб и может вызывать его эро-

зионный износ. Эрозия под воздействием воды развивается

преимущественно в результате разрушения менее прочных

структурных составляющих (например, феррита в перлитных

сталях). Наличие в металле технологических дефектов (лик-

вации, микротрещин) неизбежно приводит к ускорению про-

цесса эрозии.

Часто эрозионный износ наблюдается за регулирующими

шиберными клапанами и шайбовыми дроссельными наборами.

Износу подвержены также регулирующие органы и выходные

патрубки регулирующих клапанов. Чем выше перепад на дрос-

сельном органе, тем сильнее эрозионный износ. Наибольшую

опасность представляет эрозионный износ труб за регулиру-

ющими клапанами на байпасных линиях узлов питания, до-

пускаемый износ этих труб по условию прочности составляет

всего

2—2,5

мм.

Рис.,

4.28. Разрушения от эрозии:

а --шибер регулирующего клапана D

20 из стали 38ХМЮА о азотированной поверхностью после

работы на воде (/=210° С, р— 180 МПа), б — внешний вид трубы

042X4

мм из стали 12Х18Н12Т

ширмового пароперегревателя блока 300 MBi, разрушенной от золовою износа и чрезмерных ком-

пенсационных напряжений, в — внутренняя поверхность гиба питательного трубопровода блока мощ-

ностью 800 МВт Рязанской ГРЭС, в который ударялась струя воды редукционного питательного кла-

пана; г — игла регулирующего клапана D

= 20 мм из стали 12Х18Н18Т

В связи с имеющими место эрозионными разрушениями

«питательных магистралей на котлах тепловых электростанций

при наличии на этих магистралях фланцевых соединений уста-

новлен периодический внутренний осмотр, а при отсутствии

разъемных соединений — выборочный контроль толщины стен-

ки.

Такой контроль является составной частью технического

освидетельствования трубопроводов и должен производиться

не реже 1 раза в 4 года.

Осмотр питательных трубопроводов проводят выборочно.

Особое внимание обращается на тупиковые участки и фасон-

ные части, особенно сильно подверженные коррозии и эрозии

в эксплуатации. Для внутреннего осмотра фланцевые соеди-

нения освобождают от болтов. Внутренний осмотр выполняют

с помощью электрической лампы и перископа.

При отсутствии фланцевых соединений выборочно контро-

лируют толщину стенки питательных трубопроводов ультразву-

ковыми толщиномерами.

Обязательно должны быть проконтролированы выходные

патрубки дроссельно-регулирующей арматуры на длине не

менее 10 диаметров за местом расположения арматуры, гибы

на байпасных линиях, зоны за установкой дроссельных шай-

бовых наборов и щелевых дросселей и тупиковые участки в

зонах возможного коррозионного износа. При ультразвуковом

контроле эрозионного износа литых патрубков регулирующих

клапанов и примыкающего участка трубопровода должны кон-

тролироваться сплошность сварного шва (включая околошов-

ную зону со стороны трубы шириной не менее

15—20

мм),

толщина стенки сварного шва, околошовной зоны, литого

выходного патрубка и примыкающей трубы. Для проведения

контроля и измерения толщины наружная поверхность контро-

лируемых деталей зачищается шлифовальной машинкой.

Контроль толщин стенок трубопроводов за всеми регули-

рующими клапанами должен проводиться не реже 1 раза в 4

года. Длина контролируемого участка трубопровода должна

быть не менее 10 его диаметров. Для уменьшения эрозион-

ного износа на регулирующих шиберных клапанах с условным

диаметром 100 мм и выше на котлах всех типов с рабочим

давлением 10 МПа и выше выходные патрубки должны быть

наплавлены аустенитными электродами.

Перепад давления на регулирующем питательном клапане

прямоточных и барабанных котлов при работе на номиналь-

ной нагрузке должен составлять

1,0—1,6

МПа. При нагрузке

котла более 25% от номинальной необходимо отключить бай-

пасные трубопроводы.

Допускается износ толщины стенки не более 20%. При

большем износе участок трубопровода необходимо заменить.

Результаты осмотра и заключение о возможности дальней-

шей эксплуатации заносятся в паспорт трубопровода.

Сильному эрозионному износу потоком воды подвергаются

детали насосов высокого и сверхвысокого давления. В первую