Содержание материала

Глава
ТРЕТЬЯ
Опорно-подвесная система паропроводов
Современное состояние проблемы
Паропроводы ТЭС эксплуатируются в сложных условиях, характеризующихся действием высокой температуры и давлением рабочей среды, вызывающих ползучесть металла. Кроме того, на эти паропроводы оказывают влияние дополнительные напряжения от весовых нагрузок, реакций опор и подвесок, усилий самокомпенсации, а также нестационарные режимы при пусках и остановах, прогревах и расхолаживании теплоэнергетического оборудования.
Результаты статистического анализа свидетельствуют о том, что на эксплуатационную повреждаемость элементов паропроводов значительное влияние оказывает состояние опорно-подвесной системы (ОПС). До 24% повреждений деталей и элементов паропроводов происходит из-за повышенных непроектных напряжений.
Максимальные рабочие напряжения, определяемые по фактическим нагрузкам, на отдельных участках практически всех паропроводов превышают проектные значения на 15-5%. Около 10% паропроводов имеют участки, в которых действуют напряжения, превышающие допускаемые значения для расчетного срока. Около 25% случаев эксплуатационных повреждений, связанных с нарушением оптимального состояния ОПС, приходится на сварные соединения (примерно 4/5 указанной повреждаемости) и на гибы (около 1/5 указанной повреждаемости).
Причины нарушения оптимального состояния опорно-подвесной системы на эксплуатирующихся паропроводах носят комплексный характер и обусловлены:

  1. проектными ошибками, вызванными несовершенством нормативно-технической базы, действующей длительное время;
  2. технологическими причинами в период проведения монтажных, наладочных и ремонтных операций, связанных с нарушением технологии;
  3. эксплуатационными причинами в период длительной наработки и связанных с нарушением оптимальных регламентированных режимов эксплуатации.

Нормативно-техническая база (инструкции, методические указания и т.д.), действующая ныне в отрасли, разрабатывалась с учетом расчетного срока службы паропроводов 100 тыс. ч и не в полной мере удовлетворяет современным требованиям к паропроводам, превысившим указанный проектный срок. Регламентированные в инструкциях и методических указаниях критерии оценки технического состояния паропроводов и ОПС их креплений применимы лишь для максимальной длительности эксплуатации 130-150 тыс. ч. Действующие в отрасли нормы, расчеты (ОСТ, РТМ) не учитывают такие эксплуатационные факторы, как коробление участков паропроводов, вибрацию, режимные переключения основного оборудования и т.д.
При разработке проектов не учитывались полные перемещения (от монтажного до рабочего состояния паропроводов), что послужило причиной образования контруклонов и, как следствие, приводило к появлению гидроударов и короблению паропроводных участков. До настоящего времени находятся в эксплуатации неработоспособные конструкции ОПС (катково-пружинные опоры, опоры с шариковыми обоймами и др.), что вызывает появление повышенных напряжений на паропроводных участках.
Действующие в настоящее время программы расчета на прочность и самокомпенсацию не позволяют качественно оценивать напряжения во всех расчетных сечениях паропроводов с учетом фактического состояния трассы и опорно-подвесной системы креплений.
До появления современных программ (СТАРТ, РАМПА) при выполнении проектных расчетов не учитывались реакции, возникающие при наклоне тяг подвесок, а скользящие опоры условно выбирались как пружинные опоры большой жесткости. Все это вносило существенную погрешность в расчеты, поскольку не соответствовало фактическому исполнению паропроводов.
До настоящего времени для условий, когда расчетные эквивалентные напряжения превышали допускаемые с запасом прочности, т.е. σэкв > 1,5[σ], при проведении проектных расчетов вводилась холодная растяжка с целью снижения уровня напряжений от усилий самокомпенсации температурных расширений паропровода. Этот фактор в сочетании с ошибочным указанием в графе «Монтажное состояние» высот пружин, соответствующих «холодному состоянию», приводил к несоответствию проектных и фактических напряжений в действующем паропроводе.
Повышению напряжений в элементах паропроводов, эксплуатирующихся с 1968-1973 гг., способствовали нормы расчета на прочность 1966 г., в которых для стали 12Х1МФ были приведены завышенные значения длительной прочности. Изменения к этим нормам вышли в 1971 г., при этом допускаемые напряжения для стали 12Х1МФ были снижены на 10 МПа.
При реконструкции паропроводов и опорно-подвесной системы их креплений продолжается использование элементов ОПС, эксплуатация которых выявила их ненадежность (катково-пружинные опоры), не учитывается влияние ответвлений и пространственных смещений оборудования в местах соединения с паропроводами и, кроме того, не учитываются пространственные перемещения соседних трубопроводов, что нередко приводит к защемлениям паропроводных участков. Повышению напряжений от действия реакций опор в рабочем состоянии паропровода также способствует неучитываемое изменение массы теплоизоляции при ее замене в период ремонтных кампаний. В последнее время используется облегченный тип теплоизоляции погонной массой 40-60 кг/м, что примерно в 3-4 раза меньше проектной массы теплоизоляции, применяемой ранее.
Расчетам трубопроводных систем, проектированию паропроводов, их монтажу и наладке в последние годы посвящено много работ [76, 84, 155-178], однако в них не получили должного и достаточного освещения вопросы, связанные с влиянием фактического состояния опорно-подвесной системы на надежность длительно (сверх проектных сроков) эксплуатирующихся паропроводов.
В связи с необходимостью повышения надежности паропроводов и продления их ресурса приоритетными являются меры, направленные на совершенствование ОПС:

  1. разработка и внедрение расчетно-экспериментального метода по выявлению элементов и деталей, испытывающих при эксплуатации паропроводов наибольшие напряжения от действия всех нагружающих факторов с учетом фактического состояния трассы паропровода и опорно-подвесной системы креплений;
  2. разработка методов моделирования частичных и полных защемлений паропроводных участков и ОПС креплений для повышения точности определения напряженного состояния паропроводов при выполнении расчетов на прочность и самокомпенсацию, а также моделирования сварных соединений по конструкционно-технологическим признакам с целью повышения точности оценки их напряженного состояния;
  3. создание методов перераспределения действующих напряжений за счет изменения состояния ОПС для снижения рабочих напряжений на перегруженных паропроводных участках до уровня, не превышающего нормативные требования;
  4. обоснование необходимого ужесточения допустимого небаланса нагрузок на отдельную опору и введение нового критерия допустимого суммарного небаланса нагрузок ОПС;
  5. ужесточение критерия оценки тепловых перемещений паропроводов и разработка метода по снижению короблений паропроводных участков.

Реализация указанных мер изложена в пп. 3.2-3.4.
Общая оценка существующих недостатков опорно-подвесной системы креплений трубопроводов и рекомендуемые способы устранения этих недостатков представлены в табл. 3.1.