7.16. Диагностика котлоагрегата

Впервые в практике котлостроения на Таганрогском котельном заводе (ТКЗ)

ОАО «Красный котельщик» разработана автоматизированная система технической диагностики котлов – Диагност ТКЗ, сокращенно – АСТДК «Диагност ТКЗ».

АСТКД построена на использовании главным образом традиционных программно-технических средств. Структура АСТКД представлена на рис.75.

Рис. 75. Структура АСТКД котла.

Её сфера действия охватывает собственно котлоагрегат, выпускаемый ТКЗ, и, в особенности, его высокотемпературные элементы, работающие под давлением.

АСТКД котла предназначена для целенаправленного контроля за техническим состоянием и надежностью как отдельных элементов котла, так и всего котлоагрегата в целом, а также для решения следующих задач:

- оперативного контроля над остаточным ресурсом металла наиболее повреждаемых элементов котла;

- информирования персонала о некоторых вероятных последствиях замеченных отклонений от штатных режимов;

- своевременного предупреждения персонала о замеченной интенсификации процесса снижения обобщенных характеристик долговечности;

- прогнозирования работы оборудования.

АСТКД вводится в работу при первом гидроиспытании и работает в течение всего срока службы котла.

Основные принципы построения АСТКД определены исходя из требований достоверности и снижения стоимости системы диагностики. В качестве единственного способа поиска фактических дефектов принят периодический на остановленном в период ремонта оборудовании с использованием визуального осмотра, дополняемого в случае необходимости ультразвуковой, капиллярной и магнитопорошковой дефектоскопией, а также исследованием вырезаемых образцов.

Для непрерывного оперативного контроля состояния котла используются только высоконадежные измерения. При этом решающую роль играют расчеты на ЭВМ максимальных напряжений и остаточного ресурса металла, дающие возможность предсказать с некоторой вероятностью наиболее опасные с этой точки зрения элементы. На рис. 76 представлена структурная схема оценки остаточного ресурса элементов котла.

Рис. 76. Структурная схема оценки остаточного ресурса элементов котла.

Появление трещин в барабанах в процессе эксплуатации вызывается рядом причин. Основными причинами являются:

- высокий уровень действующих напряжений;

- большие температурные напряжения, которые возникают при пусках и остановах (особенно аварийных);

- коррозия;

- низкая деформационная способность материала барабана.

Трещины появляются на внутренней поверхности барабанов, чаще всего около водоопускных труб. Обычно трещины располагаются в пределах водяного объема, реже трещинами бывают повреждены все трубные отверстия. Около отверстий в барабанах возникает концентрация напряжений. На кромке отверстия по данным исследований максимальное напряжение превышало расчетное среднее в 4 раза.

В данной системе принят исключительно расчетный метод, который базируется на нормативных документах, используемых при создании котлов, проверенный всем ходом котлостроения и эксплуатацией оборудования. Он основан на оперативном контроле качества эксплуатации оборудования, включая контроль температурных режимов элементов пароводяного тракта котла, регистрации и анализе «выбегов», анализе интенсивности исчерпания ресурса и накопления ползучести.

Расчет напряжений в металле для выбранных элементов диагностика проводится для особых зон, в которых возникают максимальные концентрации напряжений. Такими зонами риска являются: узел приварки стояка к барабану, узел приварки штуцера к коллектору, гиб трубы.

Для характерных точек этих зон ведется постоянный контроль уровня напряжений и величины исчерпания ресурса. В расчетах учитываются результаты осмотров и ремонтов элементов, проведенные на остановленном оборудовании.

Объекты диагностики выбираются в зависимости от типа и назначения котла на основе многолетнего опыта изготовления и эксплуатации котлов ТКЗ в различных режимах связанных со следующими факторами:

- знанием технологических особенностей изготовления и заводских испытаний;

- данными о применяемых материалах, их заменах, теплофизических свойств;

- реальными режимами работы оборудования в пусковой и последующие периоды;

- докладами об авариях, ремонтах, реконструкциях;

- результатами расчетных и прямых исследований напряженного состояния элементов котла;

- данными о водно-химических режимах эксплуатации и их влиянии на котел.

В качестве объектов диагностики выбираются основные конструктивные модули и элементы котла, работающие под давлением и требующие особого контроля. Ряд основных объектов диагностирования представлен на рис. 77.

Рис. 77. Состав диагностируемых элементов барабанного котла ТП-13М.

Отдельно рассматриваются «низкотемпературные» и «высокотемпературные» элементы котла. Так же учитывается различие необогреваемых и обогреваемых элементов. Объекты диагностирования выбираются на основе многолетнего опыта изготовления и эксплуатации котлов ОАО ТКЗ «Красный котельщик» По объему контроля АСТДК охватывает весь котел. В качестве объектов АСТДК могут быть выбраны:

1. Низкотемпературные необогреваемые элементы: барабан; нижние и верхние коллекторы экрана топки; гнутые соединительные трубы циркуляционного контура диаметром более 100 мм; элементы встроенного узла, сепараторы, циклоны.

2. Высокотемпературные необогреваемые элементы: гнутые соединительные трубы диаметром более 76 мм; сборные коллекторы.

3. Высокотемпературные обогреваемые элементы: змеевики пароперегревателей.

Система строится по модульному принципу. Требуемая глубина диагностирования обеспечивается разбивкой на группы (узлы) и элементы котла. Структура АСТДК позволяет увеличивать количество объектов диагностирование по требованию Заказчика.

Система АСТКД в результате непрерывного измерения эксплуатационных параметров с учетом реальных конструктивных данных изготовленного котла подсчитывает статическую (от ползучести) и циклическую составляющие повреждаемости. Причем в составе циклических составляющих учитываются повреждения от следующих факторов:

- основного цикла;

- микроциклов, связанных со сбросами и подъемами нагрузки, работой защит и т.п.;

- пульсаций давлений и температур, особенно в процессе пусков из холодного состояния;

- гидравлических испытаний.

Составляющая накопления повреждаемости от ползучести подсчитывается как сумма повреждаемости в каждом диапазоне «высоких» температур в соответствии с нормами расчета на прочность, причем расчетная температура берется по результатам прямых измерений.

Циклическая составляющая находится как максимальное значение снижения ресурса для всех вариантов сочетаний «давление, температура, скорость изменения температуры» в районе каждого экстремума напряжений в каждом элементе. Расчет суммарной повреждаемости ведется по методу линейного суммирования. Остаточный ресурс подсчитывается как разница между остаточным ресурсом на момент, предшествовавший вычислению, и суммарной повреждаемостью от последнего цикла. На рис.78 представлена структурная схема математической модели расчета исчерпания остаточного ресурса выходного коллектора ккп -1

Рис. 78. Структурная схема математической модели расчета исчерпания остаточного ресурса.