Стартовая >> Архив >> Генерация >> Водно-химические режимы и надежность металла энергоблоков 500 и 800 МВт

Разработка и внедрение перспективных методов контроля за сплошностью металла на электростанциях - Водно-химические режимы и надежность металла энергоблоков 500 и 800 МВт

Оглавление
Водно-химические режимы и надежность металла энергоблоков 500 и 800 МВт
Водное хозяйство блочных ТЭС
Способы обработки питательной воды
Изучение процесса образования отложений на теплопередающих поверхностях
Разработка новых схем обессоливания
Пути усовершенствования предочисток
Подготовка воды перед ионированием
Автоматизация установок предварительной очистки воды
Ионитное обессоливание добавочной воды
Термическое обессоливание добавочной воды
Загрязнение питательной воды энергоблоков продуктами коррозии
Способы и технологические схемы очистки турбинных конденсатов
Организация эксплуатационного химического контроля
Процесс формирования отложений по пароводяному тракту мощных энергоблоков
Химические очистки энергоблоков
Ускоренная отмывка энергоблоков при пуске из холодного состояния
Консервация оборудования
Солевые балансы  оборотных систем охлаждения
Предотвращение накипеобразования и коррозии в конденсаторах турбин
Коррозия медных  сплавов
Основные требования к материалам ответственных элементов энергооборудования блоков
Эксплуатационная надежность металла труб большого диаметра
Надежность металла поверхностей нагрева котлов
Структура и свойства материалов роторов мощных турбин
Конструктивно - технологическое оформление сварных соединений паропроводов
Эксплуатационная надежность сварных соединений паропроводов большого диаметра
Исследование и оценка надежности основного металла и сварных соединений центробежнолитых труб
Работоспособность сварных соединений литого корпусного энергооборудования
Ремон энергооборудования с применением сварки без последующей термообработки
Современные методы расчета на прочность оборудования энергоблоков
Влияние концентраторов напряжений на длительную прочность металла поверхностей нагрева и паропроводов
Конструкционная прочность сварных газоплотных панелей поверхностей нагрева энергоблоков 800 МВт
Работоспособность гибов трубопроводов большого диаметра
Расчет температурных перемещений паропроводов мощных энергоблоков
Обеспечение эксплуатационной надежности крупной пароводяной арматуры
Система контроля в процессе проектирования, изготовлении н эксплуатации
Современные методы неразрушающего контроля и их разрешающая способность
Совершенствование метода ультразвукового контроля дли оценки качества сварных соединений
Автоматизация контроля за сплошностью металла в условиях монтажа и эксплуатации
Разработка и внедрение перспективных методов контроля за сплошностью металла на электростанциях
Список литературы

Новые методы контроля могут быть использованы для повышения информативности и оперативности, а также для снижения стоимости контроля, повышения его производительности и расширения возможностей. К методам, которые еще не используются в действующей системе контроля, но являются перспективными для совершенствования ее технической базы и повышения эффективности, могут быть отнесены метод измерения электрического сопротивления металла и метод регистрации в ультразвуковом диапазоне шумов, возникающих при повреждениях металла во время эксплуатации. Первый из них необходим для оперативного уточнения глубины эксплуатационных повреждений металла, выходящих на поверхность, второй — для осуществления непрерывного контроля за металлом в процессе эксплуатации и назначения максимально обоснованных периодичности и мест контроля при обследовании металла во время остановов энергоблока на ремонт.
Метод электрического сопротивления исследовался с помощью портативного измерителя глубины трещин ИГТ-2, в котором впервые был реализован импульсный вариант измерения сопротивления по падению электрического потенциала на поверхности контролируемого металла при протекании в тонком поверхностном слое импульсов электрического тока {9-22].


Рис. 9-12. Портативный автономный прибор ИГТ-2.
Опытно-конструкторские проработки импульсного прибора ИГТ-2 подтвердили перспективность создания на основе предложенного импульсного метода портативного автономного прибора для оперативного контроля за металлом в условиях электростанции. Характеристики опытного прибора ИГТ-2 (рис. 9-12) следующие: масса 2 кг, потребляемая мощность около 0,5 Вт, диапазон измерений 0— 50 мм при плавной перестройке границ линейной шкалы, инструментальная погрешность измерений глубины калиброванных дефектов не более 10%, время одного замера не более 3 с. По своим потребительским параметрам он превосходит современные приборы RMG-100, RT-25 аналогичного назначения фирмы «Карл Дейч» (масса 9 кг, потребляемая мощность 10 Вт, три фиксированные нелинейные шкалы). Прибор ИГТ-2 превосходит также по параметрам массы, экономичности и возможности перестройки шкал опытные приборы на синусоидальном токе ЭКГ-2 и ИГТЦ-2.


Инструментальные и методические погрешности при контроле импульсным прибором ИГТ-2 определяли на образцах с различными характеристиками искусственных дефектов. На рис. 9-13 сопоставлены в относительных единицах глубины пазов различной формы (их сечения показаны на этом же графике) и линейные отклонения стрелки прибора ИГТ-2. Индексы 1, 2, 3 (рис. 9-13) относятся к контролю за изделиями из перлитной стали с содержанием углерода от 0,02 до 0,4%, 4 и 5 — из аустенитной стали Х18Н9Т. Индексы 1, 2, 4 относятся к участкам пазов с постоянной глубиной (измерены на расстоянии не менее 5 мм от края образца или начала изменения глубины), 3 и 5 — к пазам переменной глубины, при этом вдоль горизонтальной оси откладывалась глубина паза в месте установки четырехэлектродного датчика прибора. Как видно из рис. 9-13 (индекс 5), методическая (систематическая) ошибка может достигать 50% Для дефектов переменной глубины. Она может быть исключена путем калибровки шкал по искусственным дефектам, близким по форме к контролируемым дефектам.
Экспериментальные исследования выявили, что показания прибора ИГТ-2 практически не зависят от ширины паза или заполнения его проводящими электричество веществами (окислы, электролиты, легкоплавкие припои). Это объясняется тем, что переходное сопротивление в месте механического контакта металлов значительно превышает их удельное сопротивление, поэтому эффект шунтирования незначителен. Последнее важно в условиях применения прибора для определения глубины эксплуатационных трещин, полость которых обычно заполняется электропроводящими отложениями (окислами), тем более что в охлажденном состоянии противоположные поверхности трещины вследствие термического сжатия могут находиться в соприкосновении.
Разработанный импульсный электропотенциальный метод контроля за металлом по электрическому сопротивлению может быть использован для определения глубины дефектов, обнаруженных с помощью методов магнитно-порошковой и капиллярной дефектоскопии.
Новым, находящимся пока в стадии разработки, методом неразрушающего контроля является метод регистрации акустической эмиссии (АЭ) деформируемого металла в процессе его пластической деформации, фазовых превращений и образования трещин. Развитию трещин сопутствуют явления пластической деформации в вершине трещины, а также скольжение и двойникование.
При достижении в вершине трещины критического напряжения происходят скачкообразное перемещение трещины и динамическое перераспределение напряжений, сопровождающееся излучением (эмиссией) волн напряжений. Количество энергии, выделяющейся при скачкообразном перемещении трещины, на несколько порядков превышает количество энергии, выделяющейся вследствие действия других источников акустических шумов. Это позволяет регистрировать эффект развития трещин по амплитуде импульсов АЭ.
Поскольку геометрические координаты и момент времени зарождения или развития трещины в общем случае заранее неизвестны, сигналы АЭ в отношении их регистрации являются случайными и нестационарными. Это создает дополнительные препятствия в их обнаружении, определении параметров, классификации и принятии решений. В настоящее время структурная схема аппаратуры непрерывного контроля по АЭ в основном ясна: приемники, предварительные аналоговые преобразователи, аналого-цифровые преобразователи, коммутаторы и селекторы, устройства регистрации и отображения информации. Однако в условиях электростанций установка датчиков АЭ· на контролируемый объект — сложная техническая задача, поскольку температура контролируемого объекта часто более высокая, чем предельная рабочая температура преобразователей из керамики типа ЦТС-19 (200°С). Необходимо обеспечивать надежный акустический контакт между преобразователем и поверхностью контролируемого объекта, а также стабильность свойств всех элементов преобразователя и надежность их крепления в условиях вибрации, длительного воздействия высоких температур и повышенной влажности.

Частичное решение этой задачи состоит в применении осваиваемых промышленностью высокотемпературных преобразователей из ниобата лития. Более эффективно применение специальных волноводов, надежно закрепленных (например, с помощью сварки) на контролируемой поверхности. В этом случае удается в значительной мере устранить перечисленные выше трудности. Однако возникают дополнительные проблемы, связанные с исследованием характеристик акустического тракта и его оптимизацией.
Информативными параметрами сигналов АЭ являются интенсивность сигнала — число актов эмиссии в единицу времени; параметры амплитудного распределения сигналов АЭ и степень локализации источника сигналов. Последний параметр наиболее информативный. Его определение представляет собой сложную задачу: описание шумового поля объекта контроля в районе установки датчиков, сравнение этого поля с полем источников сигналов АЭ и на этой основе определение интенсивности сигнала, скорости распространения дефекта, степени опасности и принятие решения о дальнейшей работе. Для этих операций требуются вычислительные комплексы, работающие в реальном масштабе времени, и специальные программы.
Наиболее общая структурная  схема комплекса многофункциональной аппаратуры для контроля по АЭ была предложена Институтом атомной энергии им. И. В. Курчатова. Однако такой комплекс аппаратуры пока не был реализован.
Одна из основных проблем при создании системы непрерывного контроля — изучение связей информативных параметров сигналов АЭ с характером развивающегося дефекта на натурных элементах энер- гооборудования.
В этом направлении ведутся работы применительно к паропроводам свежего пара в условиях ползучести. Исследования были выполнены на натурных трехступенчатых участках паропровода диаметром 180, 200, 230 мм с толщиной стенки 15, 26 и 40 мм соответственно. Длина каждой ступени не менее 1200 мм. Нагружение осуществлялось паром (р = 250 кгс/см2, £ = 580°С) от котла, В эксперименте создавались условия, близкие к эксплуатационным. Во время исследования участки периодически разгружались, расхолаживались, снималась изоляция, проводились осмотр и дефектоскопия металла.
При испытании паропроводов регистрировались интенсивность и амплитуда сигналов АЭ, представленные в аналоговой форме (использовались низкочастотные самопишущие приборы). Датчиком сигналов АЭ была пьезопластина из керамики ЦТС-19 (диаметр 12 и 3, толщина 2 мм). Одной плоскостью пластина опиралась на торец волновода соответствующего диаметра, а противоположной — на электроконтакт, связанный со входом предварительного усилителя. Конструктивно датчик и предварительный усилитель размещены в одном корпусе. Отсек, где размещается датчик, заливается маслом для улучшения акустического контакта преобразователя с волноводом. Волновод длиной примерно 750 мм приваривается к трубе. Параметры блока предварительного усиления: уровень собственных шумов 10 мкВ (эффективное напряжение на входе), коэффициент усиления 40 дБ.

Блок предварительной аналоговой обработки был вынесен из броневой камеры в пультовое помещение и размещен на стойке со специальным воздушным принудительным охлаждением, чтобы обеспечить надежную работу аппаратуры в течение длительного времени. Блок предварительных усилителей соединен с блоком предваоительной аналоговой обработки коаксиальной линией длиной около 10 м.. Во втором блоке имеется полосовой усилитель с коэффициентом усиления 80 дБ. Полоса частот 0,6—1 МГц была выбрана по данным измерений шумов на блоке № 1 Каширской ГРЭС, в стендовых условиях на экспериментальной ТЭЦ ВТИ и. с учетом публикаций других исследователей. В блоке предварительной аналоговой обработки имелись также субблоки дискриминации сигнала и формирования стандартных импульсов.
Блок отображения информации состоит из самописцев типов Н-327, ЭПП-09, осциллографов, измерителей уровня и других приборов. Для измерения шумовых характеристик использовались анализатор спектра С4-25 и селективный вольтметр В6-1.
Результаты исследований позволяют сделать вывод о том, что метод АЭ в описанном аппаратурном оформлении достаточно чувствителен к процессам разрушения металла в условиях стендового нагружения отрезка паропровода. Так, через 5 ч после начала испытаний было зарегистрировано резкое возрастание интенсивности АЭ. Еще через 7 ч произошло разрушение. При анализе причин было установлено, что образовавшийся при приварке бобышки к трубе дефект (трещина) быстро развился и привел к разрушению.
На другом участке, испытывавшемся при напряжении 10,5 кгс/мм2, были обнаружены трещины Глубиной 5 и длиной до 60 мм после 5857 ч испытаний. Приблизительно за 600 ч до этого было зарегистрировано повышение интенсивности сигналов АЭ до 102—103 импульс/с.

Рис. 9-14. Акустическая эмиссия при испытании участка трубы.
Очевидно, этот момент можно связать с началом развития дефектов. Через 6374 ч на этом участке трубопровода трещина развилась навею толщину стенки (стала сквозной) . Этому предшествовало резкое увеличение интенсивности АЭ. Соответствующий этому разрушению график интенсивности АЭ и кривая ползучести металла трубопровода приведены на рис. 9-14. Вертикальными линиями показаны всплески максимальной интенсивности, которая регистрировалась в- процессе непрерывного излучения. Иногда АЭ была равна нулю в течение 2—3 с (постоянная времени регистрирующих устройств около 1 с). Продолжительность промежутков времени интенсивной АЭ от получаса до десятков часов, что свидетельствует о значительных пластических течениях металла в данном эксперименте. На протяжении всего периода испытаний на двух участках регистрировалось большое количество актов импульсов «малой» длительности (0,1 —2 мин) с интенсивностью 102— 103 импульс/с.
Кроме указанных кратковременных, имелись длительные перерывы в процессе АЭ (от часа до суток), что свидетельствует о сложном, скачкообразном характере развития трещин.
Сплошные линии на рис. 9-15 соответствуют регистрирующей системе с «толстым» волноводом (длина 300, диаметр 14 мм), а пунктирные — с тонким (длина 750, диаметр 3 мм), причем в последнем случае на волноводе вместе с пьезопластиной крепился предварительный усилитель для согласования выходного сопротивления датчика с входным сопротивлением усилителя. Эти системы не были полностью идентичными по полосе пропускания и коэффициенту усиления.


Сравнение экспериментальных данных показывает, что начало· третьей стадии ползучести связано с началом развития дефектов. Полученные данные об интенсивности сигналов АЭ свидетельствуют, что зарождение и интенсивное (в энергетическом отношении) развитие дефектов происходят спустя 400— 500 ч после начала третьей стадии ползучести и продолжаются в течение 500—600 ч. Это было зафиксировано и на других участках, на которых проводились исследования. Затем наступает период уменьшения энергетической активности АЭ, который продолжается практически до самого разрушения. Лишь за несколько десятков часов до полного разрушения интенсивность АЭ вновь возрастает.
Параллельно со стендовыми исследованиями на трубах испытывались образцы металла в виде параллелепипеда с имитирующим трещину тонким надрезом. Целью этих испытаний являлось установление связей информативных параметров сигналов АЭ с началом разрушения. Эксперименты проводились в условиях минимального шумового фона, когда образец нагружался изгибающим усилием на гидравлической машине при специальной звукоизоляции его от захватов машины. В таких условиях полезный сигнал четко виден на фоне помех даже без специальных фильтров.
В результате исследований установлены три стадии процесса разрушения, которые характерны для определенного уровня интенсивности и амплитуды сигналов АЭ. При нагружении на стадии упругой деформации и начала пластической, где происходит интенсивное движение скопления дислокаций, наблюдается максимум интенсивности сигналов АЭ с малой амплитудой (рис. 9-15). В области пластического, течения, когда появляются прогиб образца и поворот его жестких концов относительно нейтральной точки (или поверхности), интенсивность сигналов АЭ сниыжается до уровня шумового фона. В области начала разрушения, когда трещина развивается от надреза к нейтральной точке, происходит резкое возрастание интенсивности амплитуды сигналов АЭ. Таким образом, есть возможность определить начало развития дефекта и связать его с прочностными характеристиками, определив в конечном итоге степень опасности и скорость развития дефекта.
В описанных экспериментах имелась зависимость измеряемых параметров АЭ от состояния металла, его термообработки, скорости разупрочнения и ряда других факторов, влияние которых еще должно быть изучено. Несмотря на это, можно сделать определенные выводы относительно перспективы применения метода АЭ как способа непрерывного контроля за металлом энергооборудования. Во-первых, можно создать аппаратуру, обеспечивающую надежный прием волн напряжений в условиях работающего энергооборудования. Обеспечение длительной надежной работы этой аппаратуры является отдельной проблемой. Во-вторых, сигналы АЭ от развивающихся дефектов могут быть зарегистрированы и дать по крайней мере качественную информацию о дефектности оборудования, что позволит с помощью известных методов дефектоскопии исследовать дефектный участок и принять решение о его дальнейшей эксплуатации. В-третьих, измерение только интенсивности сигналов АЭ позволяет задолго до разрушения (примерно за 1000 ч) предвидеть приближающееся разрушение и принять меры по предотвращению аварии.
Непрерывное обнаружение и классификация дефектов сплошности металла энергооборудования могут осуществляться на основе параллельного применения активной и пассивной ультразвуковой локации: пассивная локация — по АЭ, сопутствующей деформации, и разрушению металла, активная — по распространению периодически посылаемых в металл зондирующих импульсов с контролируемыми начальными параметрами (эхо- и теневой варианты ультразвуковой дефектоскопии УЗД). Результаты УЗД упорядочены во времени и многократно проверяются (воспроизводятся) без повреждения изделия (оборудования). Сигналы АЭ имеют случайную структуру и принципиально не воспроизводимы на конкретном изделии.
Рабочее состояние аппаратуры для регистрации АЭ периодически должно проверяться с помощью искусственных сигналов, имитирующих АЭ. Объединение методов УЗД и АЭ в рамках одной системы контроля служит получению более полной и достоверной информации. Аппаратура УЗД и АЭ имеет ряд общих функциональных блоков. Стоимость общего комплекта аппаратуры при этом может быть снижена по сравнению с суммарной стоимостью двух отдельных комплектов аппаратуры УЗД и АЭ.
Аппаратура УЗД позволяет обнаружить трещины с весьма малым раскрытием (при ширине 10-4, 10-5 и 10-6 мм отражается соответственно 100, 90 и 80%' упругой ультразвуковой энергии при газовом заполнении трещин). Чувствительность современной аппаратуры УЗД в практике серийного производства находится на уровне примерно 1 мм2. Методом УЗД можно обнаружить повышенную усталость материала изделия, что позволяет предотвратить опасные разрушения металла.
Метод АЭ в принципе пригоден для исследования кинетики разрушения (пластическая деформация и рост трещин). Он удачно дополняет метод УЗД, особенно для зарождающихся трещин, поскольку амплитуда сигналов АЭ пропорциональна второй степени объемной скорости роста трещины (по энергии продольных волн).

Рис. 9-16. Экспериментальное распределение вероятностей численных значений интервалов Т между соседними импульсами шумов после детектора (канал 0,8 МГц, отсечка ОВ, порог периодомера 0,1 В) и кривая пуассоновского распределения при Тср = =2,19 мкс, а7’=0,1 мкс, соответствующих эксперименту.

Сочетание методов УЗД и АЭ дает возможность получить на начальной стадии зарождения дефектов вероятностную информацию, которая проверяется и уточняется входе эксплуатации энергоблока. Получаемые при этом дополнительные сведения дают возможность поставить обоснованный диагноз состоянию металла энергоблока.
Была исследована возможность совмещения аппаратуры УЗД с аппаратурой АЭ на основе применения серийных дефектоскопов. Дефектоскоп УДМ-1М был дополнен счетчиком 43-24, временным селектором, пиковым детектором, ламповым вольтметром и накопительным осциллоскопом. Получены собственные характеристики фона АЭ (рис. 9-16) в условиях, приближенных к станционным. Частота следования фоновых импульсов (после первого каскада видеоусилителя дефектоскопа) 50 кГц при пороге отсечки 1 В для канала 0,8 МГц и 100 МГц — для канала 5 МГц. Экспериментальное распределение интервалов времени между соседними импульсами фона отличается от пуассоновского. Количество импульсов уменьшается в 104 и 102 раз при отсечке 1 и 0,5 В.

В условиях эксплуатации акустические и электрические шумы искажают сигналы АЭ, причем их. воздействие растет с расширением диаграммы направленности и полосы частот. Для комбинированной схемы УЗД—АЭ могут быть снижены требования по ширине и равномерности полосы частот и диаграммы направленности. Аппаратура АЭ позволяет выявить концентраторы напряжений, остаточные напряжения и локальные (нерасчетные) отклонения металла по химическому составу и структуре, если давление при гидроиспытаниях достаточно для начала локальных разрушений. В этом случае датчики аппаратуры УЗД могут быть расставлены только на участках, соответствующих источникам АЭ (трассы зондирующих импульсов в таком случае будут пересекать только зоны локальных разрушений). Это способствует снижению стоимости комплекса необходимой аппаратуры и эксплуатационных расходов на непрерывный контроль за металлом энергоблока.



 
« Внедрению установок для шариковой очистки конденсаторов паровых турбин   Возможность эксплуатации котла ТП-170 на пониженных параметрах перегретого пара »
электрические сети