Живучесть паропроводов стареющих ТЭС - Снижение небаланса нагрузок и небаланса тепловых перемещений паропроводов

Снижение небаланса реакций опор и подвесок ОПС креплений считается одной из необходимых мер для повышения надежности паропроводов. В [177] регламентирован учет индивидуального небаланса по каждой


Рис. 3.10. Зависимость напряженного состояния паропроводов (σэкв · σэф) и длительности эксплуатации т от суммарного небаланса реакций опор и подвесок Δ
отдельной опоре или подвеске, который не должен превышать ±25%. Из результатов расчетно-экспериментальных исследований сложно-напряженного состояния длительно эксплуатирующихся паропроводов следует, что такой небаланс может быть применим только для паропроводов с наработкой не более 100 тыс. ч. Следует учитывать, что в процессе длительной эксплуатации нередко проводится замена тепловой изоляции на более облегченную.
В результате изменяется весовая составляющая паропроводов и нарушается равенство
(3.1) где Ri — реакция i-й опоры, кгс; q — масса одного погонного метра паропровода, включающая массу тепловой изоляции и окожушки, кг/м; I — развернутая длина паропровода, м.
В связи с изложенным возникла необходимость применения нового критерия в виде допускаемого суммарного небаланса реакций опор и подвесок и более жесткого значения критерия допускаемого индивидуального небаланса по каждой отдельной опоре или подвеске для контроля состояния опорноподвесной системы паропроводов, находящихся в длительной эксплуатации.
Величина введенного критерия допускаемого суммарного небаланса реакций опор и подвесок составляет ±5% и определяется соотношением
(3.2) где— сумма реакций опор паропроводов в рабочем состоянии, кгс.
Новое значение критерия допускаемого индивидуального небаланса по каждой отдельной опоре или подвеске составляет 15%. Зависимость значений максимальных напряжений в паропроводах от величины суммарного небаланса нагрузок представлена на графике (рис. 3.10), где на номограмме I показаны небалансы нагрузок для отдельной опоры по длине трассы (они не превышают ±15% — новое значение критерия); N — номер опоры; σ3φ — максимальное эффективное напряжение в зависимости от величины суммарного небаланса; σэкв — максимальное эквивалентное напряжение в зависимости от величины суммарного небаланса; оценка σэкв и σэф в зависимости от допускаемых напряжений [σ] длительной прочности и σдп стали 12Х1МФ от времени эксплуатации τ:

Как следует из графика рис. 3.10, при суммарном небалансе равном ~ 7% (т. 3) ресурс работы паропровода составляет 100 тыс. ч (т. 4). При этом небаланс на отдельную опору не превышает ±15% (новое значение критерия, т. е. соблюдение одного лишь критерия небаланса на каждую отдельную опору не обеспечивает эксплуатацию паропроводов до 30 лет и более). При величине суммарного небаланса ±5% (небаланс на отдельную опору также не превышает ±15%) ресурс достигает длительности 220 тыс. ч (т. 1 и 2). Снижение суммарного небаланса с 7 до 3% дает увеличение расчетного ресурса на 120 тыс. ч.

Эффективность такого подхода подтверждается примером его реализации на ТЭЦ-20 Мосэнерго (рис. 3.11).
В соответствии с [178] в отрасли регламентирован критерий тепловых перемещений, соответственно, для горизонтальных и вертикальных перемещений:
(3.3)

1. где, — расчетное и фактическое видимые перемещения вдоль оси, мм.

Рис. 3.11. Расчетная схема паропровода свежего пара (правая нитка) с уровнем эквивалентных напряжений до и после оптимизации опорно-подвесной системы

Этот критерий удовлетворяет условиям прочности для большинства проектных решений по трассировке паропроводов при наработках не более 100— 150 тыс. ч.
Введение нового (более жесткого) критерия оценки тепловых перемещений паропроводов в пространстве (косвенной оценки напряженного состояния паропроводов) позволит более качественно контролировать их напряженное состояние и своевременно выявлять участки паропроводов, работающие с повышенными напряжениями от действия всех нагружающих факторов.
На основании проведенных исследований с учетом анализа сложно-напряженного состояния ряда паропроводов, отработавших свой парковый ресурс, предложен новый критерий оценки тепловых перемещений паропроводов в пространстве
(3.5)
Соблюдение данного критерия позволяет эксплуатировать паропроводы до 30 лет и более.

Выводы по главе 3

1. Повышенные (непроектные) напряжения, основная доля которых связана с работой опорно-подвесной системы креплений, являются причиной ~ 25% повреждений деталей и элементов паропроводов. Анализ напряженного состояния паропроводов, находящихся в эксплуатации, показал, что практически все паропроводы имеют участки с напряжениями, превышающими проектные значения на 15-25%. Около 10% этих паропроводов имеют участки с напряжениями, превышающими допускаемые значения для расчетного ресурса.
2. Разработана расчетно-экспериментальная методика выявления элементов паропровода, эксплуатирующихся при наиболее высоких напряжениях. В методике учитывается комплексное влияние всех силовых факторов, в том числе: состояние опорно-подвесной системы после длительной эксплуатации, трассировка паропровода, защемление участков трассы и опорно-подвесной системы, а также влияние возможных короблений.
3. Разработан подход к совершенствованию опорно-подвесной системы (нагрузка, состав, расположение), направленный на снижение максимальных действующих напряжений в элементах повышенной категории опасности. Предложена расчетная модель сварного соединения паропроводных труб, основанная на учете влияния технологического и конструкционного факторов в условиях эксплуатации при фактических нагрузках (учитываются неоднородность свойств и разнотолщинность элементов по зонам соединения).
4. Предложен критерий допускаемого суммарного небаланса нагрузок опорно-подвесной системы паропроводов, находящихся в эксплуатации. По результатам расчетно-экспериментальных исследований установлено значение допускаемого суммарного небаланса нагрузок ±5% и ужесточен действующий в настоящее время допускаемый небаланс на отдельную опору с ±25 до ±15%. Предложен критерий оценки видимых тепловых перемещений паропроводов, находящихся в эксплуатации.
5. Предложен метод повышения живучести сварных соединений сложного профиля, основанный на применении разгружающей опоры нового типа, снижающей действие изгибающих моментов и обеспечивающей свободное осевое перемещение паропровода.
6. Предложен метод снижения возможности подгибки паропроводов при короблении, возникающем из-за температурной неравномерности по периметру сечения. Метод предусматривает применение специальных конструкций опор.
7. Разработан комплекс рекомендаций по снижению максимальных действующих напряжений в металле паропроводов, находящихся в эксплуатации. В указанный комплекс вошли рекомендации по трассировке паропроводов, а также по совершенствованию и реконструкции опорно-подвесной системы паропроводов.