Анализ случаев разрушения гибов труб паропроводов на электростанциях показал, что повреждения происходят преимущественно на гнутых отводах тонкостенных труб Ø 273X(17—20) и 325Х(20—25) мм при рабочих параметрах р=10 МПа и t=540°С.
С учетом утонения стенки на растянутых образующих гиба приведенные напряжения от внутреннего давления на этих участках находятся в пределах от 67 до 85 МПа. Высокий уровень напряжений на растянутых волокнах способствует интенсивному развитию ползучести металла труб. Разрушения во время эксплуатации происходят преимущественно после 50 тыс. ч и развиваются со стороны наружной поверхности на «спинке», но часто наблюдаются трещины и с внутренней стороны трубы по нейтрали. Скорость развития трещин при наличии указанных напряжений высокая; в течение года на паропроводе происходит образование трещин на глубину более 5 мм [131]. В то же время на блоках 150 и 200 МВт, где стационарные паропроводы изготовлены из толстостенных труб Ø 237X36 и 325X45 мм, разрушений не происходит.
Исследованиями состояния металла разрушенных паропроводных труб выявлены две основные причины: установка труб с браковочной структурой и низкой жаропрочностью и высокая овальность и местные искажения формы сечения [62]. Эти причины способствуют увеличению повреждаемости при эксплуатации.
Остаточная деформация на гибе сосредоточивается в более тонкостенной части трубы, вследствие чего приращение диаметра по бобышкам в плоскости гиба значительно больше, чем в перпендикулярном направлении.
В работе [131] указывается, что накопление остаточной деформации более 0,6% на прямом участке трубы, низкие пластические свойства стали, наличие поверхностных межкристаллических надрывов свидетельствуют о развитии ползучести на гнутом отводе трубы. При значительной начальной овальности, возникающие от внутреннего давления дополнительные напряжения в гибе также значительно возрастают, что способствует интенсификации процесса. В настоящее время не существует надежного метода отбраковки гибов по геометрии. Замеры овальности, которые проводятся на электростанциях и заводах, не учитывают местные искажения формы сечения, которые в конечном счете определяют реальные напряжения в металле гибов. Известно, что после длительных сроков эксплуатации овальность уменьшается за счет выравнивания формы сечения, при этом овальность около 1—2% свидетельствует о прошедшей пластической деформации металла и является с нашей точки зрения, неблагоприятным фактором.
Измерения ползучести по бобышкам даже в плоскости гиба, отнесенные ко всему диаметру или периметру трубы, дают заниженные значения деформации ползучести, которая сосредоточивается преимущественно на растянутой образующей гиба. Однако, как показал опыт эксплуатации, сравнительные периодические замеры, проводимые на электростанциях, дают достаточную информацию об интенсивности развития процесса ползучести.
Исходя из вышесказанного, представляется возможным определить следующий порядок и периодичность контроля гибов труб паропроводов в эксплуатации.
- В процессе входного контроля на монтажной площадке или в начальный период эксплуатации необходимо установить бобышки для измерения остаточных деформаций на прямых участках всех гибов, вне зависимости от длины прямого участка. Бобышки следует устанавливать в непосредственной близости от гиба. Измерение деформации производить согласно «Инструкции по наблюдению и контролю за металлом».
- После 40 тыс. ч эксплуатации ежегодно должны производиться измерения на прямых участках гибов тонкостенных труб типа Ø 273X (17-20) и 325Х(20-25) при параметрах р=10-М4 МПа и t=540°С.
- Гибы паропроводов любых типоразмеров, на прямых участках которых обнаружена ползучесть свыше 0,5% за 50 тыс. ч эксплуатации, подлежат замене.
- В случае накопления деформации более 0,5% за более длительное время указанные гибы берутся под наблюдение лабораториями металлов. В ближайший капитальный ремонт при этом, кроме замеров по бобышкам, производят внешний осмотр и магнитно-порошковую (цветная) дефектоскопию на растянутой образующей гиба вдоль вершины на ширине 70—80 мм. В последующем такой контроль производят ежегодно.
- Как показывает опыт эксплуатации, накопление на прямом участке гиба деформации более 0,6% хотя бы в одном сечении является сигналом аварийного состояния гиба. Такой гиб при ближайшем останове котла должен быть подвергнут тщательному контролю с использованием методов ультразвуковой и магнитной (цветной) дефектоскопии и при необходимости заменен.
- Контроль качества металла гиба во время монтажа или в процессе эксплуатации (твердость, структура, карбидный анализ) должен проводиться только со стороны сжатых волокон гнутых труб. Заточка металла, приварка различного рода дренажей на «спинке» гибов любых размеров труб не разрешается.
- Не допускается выборка трещин на вершине гиба тонкостенных паропроводных труб с высоким уровнем напряжений — более 60 МПа. Такие гибы подлежат замене. На толстостенных трубах с более низким уровнем рабочих напряжений, разрешается выборка трещин при условии, что толщина стенки не будет выведена за пределы минусового допуска.
- Гибы паропроводных труб с высоким уровнем напряжений (более 60 МПа), как отработавшие свой ресурс (100 тыс. ч), подлежат замене. Порядок и периодичность замены гибов после расчетного срока эксплуатации предусмотрены специальным решением Главною технического управления Минэнерго СССР.
С целью повышения надежности работы гнутых отводов труб в настоящее время различными директивными материалами предусмотрено ужесточение контроля качества их изготовления на заводах и увеличен объем периодического контроля металла гибов в процессе эксплуатации. Несмотря на большое количество различных способов неразрушающего контроля, требуются еще большие усилия по разработке и внедрению эффективных методов дефектоскопического контроля деталей и элементов энергетического оборудования с целью повышения их качества и надежности в эксплуатации.
