Высокочастотные (вибрационные) нагрузки могут оказаться весьма существенным фактором исчерпания живучести паропроводов, эксплуатируемых с не выявленными макротрещинами.
Основным источником вибрации трубопроводов является, в основном, высокочастотный спектр колебаний теплоносителя. Особенно опасными могут быть нерасчетные, непроектные ситуации, когда возникают почти резонансные (близкие к резонансам на какой-либо из собственных частот) колебания паропровода. Вибрационные обследования паропроводной системы девяти энергоблоков Костромской ГРЭС на стационарных режимах и при пусках позволили выявить следующее. Практически весь трубопроводный тракт (питательный трубопровод, паропроводы в пределах котла, паропроводы свежего пара и горячего промперегрева) вибрирует с частотой 2-5 Гц. Наличие существенной составляющей вибрационной нагрузки в указанном диапазоне частот выявлено А. А. Самариным, в частности, при виброобследовании паропроводов АЭС с ВВЭР-1000. Метрологический аспект проблемы таких виброобследований определен тем, что применяемая на ТЭС виброаппаратура в области частот ниже 5 Гц дает недостоверные результаты.
Авторам практически не удалось выявить публикаций, содержащих результаты виброобследований паропроводов ТЭС. Этот факт определяет актуальность вибрационного контроля паропроводов и создание соответствующей нормативной технологии.
Выводы по главе 1
- Накопление повреждений металла паропроводов при ползучести происходит в несколько последовательных стадий: возрастание плотности дислокаций в зернах, увеличение количества и размера карбидов, сфероидизация продуктов распада перлитной (бейнитной) составляющей; зарождение микропор, их укрепление и слияние в цепочки; образование микро- и макротрещин.
- Точность оценки длительной прочности и, соответственно, остаточного ресурса элементов паропроводов из сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф повышается при дифференцировании металла труб по структурному признаку.
- Установлено, что обобщенная параметрическая зависимость Ларсена- Миллера, в которой комплексно учитываются напряжения, температура, время и механические свойства материала (временное сопротивление разрыву), является наиболее представительной для расчетной корректной оценки сроков до разрушения элементов паропроводов в условиях ползучести. Эта зависимость позволила обосновать простое правило: изменение температуры на 10 °C и напряжения на 10% приводит к изменению времени до разрушения почти в 2 раза.
- Разработана структурная шкала с учетом накопленного отечественного и зарубежного опыта для оценки категории повреждений микроструктуры металла паропроводов из сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф в процессе длительной эксплуатации. Указанная структурная шкала в течение ряда лет успешно применяется на Костромской и Рязанской ГРЭС при определении категорий опасности элементов паропроводов и выборе регламента их контроля.
- Современные методы расчета трубопроводных систем позволяют эффективно оценивать прочность элементов трубопроводов с учетом основных нагружающих факторов и реальной конфигурации трубопроводов. Для наиболее ответственных элементов паропроводов разработаны методики расчета на прочность, в том числе и уточненные, базирующиеся на современных численных методах механики сплошной среды.
- В результате статистического анализа данных о повреждениях гибов паропроводов установлено, что разрушение гибов из стали 12X1МФ происходило преимущественно в растянутой зоне и начиналось с наружной поверхности. Не отмечено ни одного случая разрушения гибов из стали 15Х1М1Ф. Однако, учитывая пониженную длительную пластичность стали 15Х1М1Ф, особенно при бейнитной структуре металла, необходимо совершенствование технологии контроля микроповрежденности элементов паропроводов из этой стали, в первую очередь, при их наработке вблизи и за пределами паркового ресурса.
- Определение меры повреждения элементов паропроводов в процессе эксплуатации может осуществляться только с помощью комплексной технологии контроля. Микроструктурный мониторинг используется как один из основных критериев при определении категории опасности и доли исчерпания ресурса элементов паропроводов, а также при выборе регламента их последующего контроля.
- Необходимо дальнейшее совершенствование комплекса технологий неразрушающего контроля гибов паропроводов для определения местоположения опасных зон, где должен осуществляться микроструктурный мониторинг.
- Восстановительная термическая обработка является эффективным способом восстановления живучести и продления ресурса теплоэнергетического оборудования, выработавшего парковый ресурс. Дополнительный ресурс элементов оборудования, восстановленных методом ВТО, как правило, бывает не менее паркового при номинальных параметрах эксплуатации.
- Технология восстановления живучести гибов паропроводов путем удаления тонкого поврежденного поверхностного слоя может быть перспективна при наличии эффективных средств контроля микроповреждений и макродефектов, а также при соответствующей квалификации персонала.
- Обоснованы основные задачи по совершенствованию впрыскивающих пароохладителей, которые являются одним из основных средств реализации условий нестационарных режимов в нормативных пределах и, одновременно, одним из наиболее повреждаемых элементов системы паропроводов ТЭС. К числу первоочередных задач относятся обеспечение контроля пригодности и ремонтопригодности всех повреждаемых элементов ВПО, а также освоение видеотехнологии для реализации мониторинга, осуществляемого при остановах энергооборудования.
- С целью обеспечения нужной достоверности контроля повреждений ВПО и уменьшения опасности аварийных ситуаций целесообразно в процессе капитального ремонта энергооборудования периодически демонтировать ВПО, что позволит обоснованно принимать решение об их ремонте или замене. Обоснована необходимость разработки и ввода в действие отраслевого нормативно-технического документа, регламентирующего ресурс, объемы и периодичность эксплуатационного контроля, ремонта и замены ВПО.
- Повышению надежности корпусных деталей арматуры высоких параметров способствовал переход на изготовление большого объема арматуры с литых корпусов на штампованные и штампосварные. Эрозионный износ выходных патрубков регулирующей арматуры связан с несовершенством конфигурации проточной части шиберных клапанов и низкой эрозионной стойкостью материала. Шпиндели (штоки) из сталей 38Х2МЮА, 25Х1МФА, 25Х2М1ФА с различным защитным покрытием (химическое никелирование, азотирование) характеризуются низкой стойкостью против коррозии и эрозии; высокую стойкость имеют шпиндели из высокохромистой стали 14Х17Н2 и титановых сплавов. Показана необходимость применения материалов, имеющих высокую эрозионную стойкость, для деталей, испытывающих в процессе эксплуатации воздействие высокоскоростного потока рабочей среды.
