Содержание материала

Надежная и безопасная эксплуатация оборудования блоков может быть обеспечена при комплексном контроле режимных параметров оборудования, его вибрации, а также свойств и качества металла на всех стадиях изготовления, монтажа и эксплуатации. В большинстве случаев оценка работоспособности металла определяется но следующим параметрам: кратковременные и длительные механические свойства металла, его структура, трещиностойкость, малоцикловая и термическая усталость и др. Контролю подлежат элементы, работающие в режимах, под воздействием которых возникают и развиваются процессы ползучести,

окалинообразования, усталости, коррозии, изменения структуры и механических свойств. Работы по контролю и наблюдению за металлом проводятся во время плановых остановов оборудования.
В табл. 5.4 определены методы и объемы контроля и наблюдения за состоянием металла в процессе эксплуатации котлов, турбин и трубопроводов.

Таблица 5.4. Регламентируемый контроль металла оборудования блоков СКД неразрушающими методами

Примечание. УЗК — ультразвуковой контроль: KЦ — капиллярный цветной; МПД — магнитно-порошковая дефектоскопия.
Основными показателями оценки эксплуатационной надежности металла являются:
соответствие фактической марки стали, из которой изготовлена деталь, указанной в чертеже;
отсутствие трещин и других видов повреждений (металлургических дефектов, сколов, обрывов, эрозионного и коррозионного износа);
соответствие механических свойств металла требованиям ТУ или ГОСТ на данную деталь и марку стали;
отсутствие недопустимой остаточной деформации или протекание ползучести с допустимой скоростью. Допустимая скорость ползучести принимается 1·10-7μμ/(μμ·ч). При этом суммарная остаточная деформация за 100 тыс. ч работы не должна превышать 1% [5.11];
отсутствие коробления деталей.
После выполнения контроля составляется отчет, который должен содержать:
сведения о фактически выполненных объемах работ с указанием отклонений от запланированных объемов;
заключение о состоянии основного металла, сварных соединений, ремонтных наплавок и о состоянии металла вырезок с оценкой изменения его свойств;
сведения о дефектных деталях и о характере дефектов;
заключение о причинах возникновения выявленных повреждений и дефектов;
рекомендации по ремонту или замене дефектных деталей.
Элементы считаются пригодными к дальнейшей эксплуатации, если результаты контроля удовлетворяют требованиям Госгортехнадзора СССР, нормативно-технической документации и допускам. При неудовлетворительных результатах контроля принимается решение о ремонте или замене отдельных деталей. Если результаты обследования металла окажутся неудовлетворительными для большинства деталей и узлов, рассматриваются результаты контроля металла за весь период эксплуатации и принимается решение о возможности ремонта или обоснование необходимости его демонтажа.
Ультразвуковой метод применяется для определения ползучести (остаточной деформации) трубопроводов, гибов, роторов паровых турбин, осевых каналов роторов и даже сложнопрофильных литых корпусных деталей котлов и турбин, основан на измерении интервала времени между посылкой и приемом ультразвуковых поверхностных волн от излучателя к приемнику.

Рис. 5.4. Контрольный участок паропровода:
1 — паропровод; 2 — контрольным участок; 3 — бобышки; 4-скоба для измерения остаточных деформаций; 5 — вырезки образцов для испытаний; I—VI—последовательность вырезок

Рис. 5.5. Схема вырезки образцов:
1 — вырезанный образец трубопровода; 2 — образец для испытания на растяжение; 3 — то же на ударную вязкость; 4 — то же для карбидного анализа; 5 — то же для микрошлифа

Метод реализован в устройстве УУД-2, содержащем серийный дефектоскоп (типа УДМ и ДУК), специально разработанные приемно- передающие головки и контрольно-измерительную систему. Вместе с тем для контроля ползучести и проверки изменения структуры и механических свойств металла предусматриваются специальные контрольные участки трубопроводов, оснащаемые бобышками, по которым контролируется ползучесть путем измерения диаметра. Из контрольного участка 1 раз в 3 года вырезается образец для производства механических и металлографических испытаний, химического и карбидного анализа основного металла и сварных соединений (рис. 5.4).

Бобышки приваривают также в двух взаимно перпендикулярных диаметрах на прямых участках трубопроводов и коллекторов. Ползучесть металла змеевиков пароперегревателей котлов контролируют специальными калиброванными скобами. Для исключения влияния температур все измерения выполняются при температуре металла ниже 50 °С [5.7, 5.8].
Эксплуатационный контроль за ползучестью позволяет выявить момент достижения предельного значения остаточной деформации труб, при котором трубы подлежат замене.
Обработка данных наблюдений заключается в построении кривых ползучести металла труб в условиях эксплуатации, построении гистограмм остаточной деформации и их анализе, экстраполяции кривых ползучести на 50 000 и 100 000 ч в предположении, что скорость ползучести сохранится неизменной н на участке экстраполяции, прогнозе деформации каждой трубы к определенному (задаваемому) времени наработки, построении гистограмм ожидаемой деформации по результатам их анализа [5.9].
При остаточной деформации трубопровода более 1 %*  его тщательно исследуют. Для этого вырезают куски трубы длиной не менее 300 мм. На образцах, изготовляемых из вырезанного куска трубы, исследуют микроструктуру**  и механические свойства стали и производят карбидный анализ, который позволяет определить количество карбидообразующих легирующих элементов, оставшихся в твердом растворе и перешедших в карбиды. Схема вырезки образцов показана на рис. 5.5.
Твердость измеряется прибором Бринелля на поперечном сечении. Испытания на растяжение проводят при комнатной и рабочей температурах, ударную вязкость определяют только при комнатной температуре. Затем исследуют микроструктуру и определяют количество неметаллических включений. Микроструктуру исследуют и фотографируют на продольных и поперечных шлифах при увеличении в 100 и 500 раз. Разработаны методы определения микроструктуры и механических свойств без вырезки образцов.

* Критическое значение остаточной деформации труб из стали 12Х1МФ иногда увеличивают от 1 до 1,5% [5.10].
** Микроструктура не является непосредственным браковочным признаком. Она является лишь косвенным показателем уровня механических свойств.

В практику контроля состояния металла на электростанциях внедряются без образцовые методы механических испытаний и определения механических свойств по твердости, основанные на том, что между твердостью, определяемой вдавливанием, и основными механическими свойствами при растяжении имеется устойчивая зависимость [5.9, 5.10], Безобразцовые методы контроля качества металла удобны в эксплуатации, но точность их ниже методов с применением образцов.
Разрушению деталей из жаропрочных сталей предшествует появление в структуре металла микроскопических пустот (каверн). Обнаружение таких пустот путем контроля структуры металла и наблюдения за динамикой их развития в ходе эксплуатации позволяют прогнозировать разрушение деталей оборудования и тем самым своевременно производить их замену.
На этом принципе основаны методы неразрушающего контроля структуры поверхности детален, работающих в условиях высокого давления и высоких температур.
Контроль неразрушающими методами включает в себя следующие этапы: поиск (внешний осмотр поверхностен всех деталей) и обнаружение различных видов наружных предполагаемых дефектов; измерение их характеристик (соответствующих данному методу контроля) на фоне помех; классификация дефектов и косвенное определение их эквивалентных геометрических размеров; оценка сплошности металла (качества) по полученным данным а принятие решения [5.9].
В табл. 5.4 дан перечень неразрушающего контроля (ультразвуковой, капиллярной цветной, магнитно-порошковой дефектоскопии и др.).
В последнее время на электростанциях стали применяться методы неразрушающих испытаний, связанные с определением прочностных свойств металла: электромагнитный и акустический [5.9, 5.10]. Методы основаны на регистрации усредненных акустических и электромагнитных характеристик всего материала в целом и, следовательно, являются более стабильными, чем методы определения механических свойств по форме отпечатка инжектора. Акустические измерения являются более трудоемкими, так как требуют применения контактной жидкости и предварительной подготовки контролируемой поверхности. При отработке технологии неразрушающего контроля механических свойств металла оборудования электромагнитные измерения проводятся до акустических.
Физические методы (электромагнитные и акустические) позволяют получить усредненные по объему детали значения твердости. В основе этих методов лежат процессы взаимодействия электромагнитных и акустических возмущений со структурой металла, и способы определения механических свойств по характеристикам твердости.
Безобразцовые и физические методы определения механических свойств широко используются на электростанциях для контроля металла, паропроводов, коллекторов, крепежных элементов турбин и вспомогательного оборудования. Образцовые испытания механических свойств материалов используются как дополнительный метод контроля, уточняющий или подтверждающий данные, полученные при комплексном исследовании свойств неразрушающими методами.
Для обнаружения и своевременной замены поврежденных элементов выполняют приведенный ниже объем контроля и испытаний лопаточного аппарата турбин:
производят подробный внешний осмотр рабочих и направляющих (сопловых) лопаток всех ступеней турбины и их связей. При осмотрах обращают внимание на состояние поверхностей лопаток в местах расположения связей, кромок лопаток по всей длине, стыков стеллитовых пластинок, хвостовиков и мест переходов к перу лопатки, связей, шипов и ленточных бандажей возле отверстий. Особенно тщательно контролируют состояние выходных кромок корневой части лопаток последних ступеней низкого давления;
производят дефектоскопию рабочих и направляющих лопаток ступеней, которые имели повреждения на данной турбине и других турбинах аналогичного типа.

Рекомендуется применять капиллярный (цветной), магнитно-порошковый и ультразвуковой методы дефектоскопии. Для этой цели может быть использован также метод вихревых токов, не требующий тщательной зачистки поверхности лопаток и обеспечивающий постоянство чувствительности прибора при изменении зазора между контролируемой поверхностью и датчиком [5.11].
Оценивают вибрационную стойкость лопаток путем снятия вибрационных характеристик, которые не должны иметь отклонении от норм действующих РТМ-108.021.03-77.