Содержание материала

Проблема обеспечения высокой надежности сварных соединений, эксплуатирующихся на ТЭС в условиях ползучести, решается комплексными мерами, в том числе технологического, конструкционного и эксплуатационного характера. В этом аспекте особая роль отводится прогнозированию сроков службы расчетными, расчетно-экспериментальными и структурными (по микроповрежденности металла) методами. При общей постановке задачи по оценке ресурса расчетными методами, отработанными во ВТИ на примере паропроводов Костромской ГРЭС, рассматриваются результаты расчетов с оценкой паркового и индивидуального ресурсов сварных соединений. Расчетному исследованию подвергались сварные соединения различных типов, включая стыковые соединения разно- и равнотолщинных трубных элементов и тройниковые сварные соединения на примере паропровода свежего пара энергоблока 300 МВт ст. №5 Костромской ГРЭС.
Парковый ресурс сварных соединений оценивался путем сопоставления эквивалентных напряжений с допускаемыми для сталей. За эквивалентные принимались приведенные напряжения от внутреннего давления по номинальным размерам (толщине стенки, наружному и внутреннему диаметрам) трубных элементов в соответствии с требованиями по [77] и учетом коэффициентов прочности для поперечных швов в тройниковых соединениях отдельных типоразмеров, например, для > 0,6 (согласно методического подхода ВТИ). За допускаемые принимались номинальные напряжения для сталей, регламентированные по [77]. Расчет приведенных напряжений проводился для средних значений параметров пара tcp= 546,64 °C и р = 22,512 МПа за период наработки тн = 185 тыс. ч паропровода.
Из результатов проведенных расчетов с помощью компьютера АМД К6-2 233 следует, что парковый ресурс характеризуется сроками в диапазоне Тпк.р = 120-400 тыс. ч (рис. 4.61-4.63, табл. 4.19), в том числе:

  1. 320-400 тыс. ч для стыковых сварных соединений паропроводных труб одинакового размера (диаметра, толщины стенки);
  2. 170-320 тыс. ч для стыковых сварных соединений разнотолщинных трубных элементов;
  3. 120-140 тыс. ч для тройниковых сварных соединений.


Индивидуальный и остаточный ресурсы сварных соединений оценивались последовательно и, в первую очередь, расчет проводился для оценки индивидуального ресурса.
Индивидуальный ресурс устанавливался путем сопоставления эквивалентных напряжений с номинальной долговечностью и номинальными допускаемыми напряжениями для сталей по [77] с оценкой запаса прочности сварных соединений из отношения п=σд.п/σэкв, где σд.п — допускаемая номинальная долговечность (длительная прочность сталей) и σэкв — эквивалентные напряжения.
Расчет эквивалентных напряжений проводился на все виды нагрузок в соответствии с требованиями [79], методическими подходами [224, 229, 240] и уточнениями по обоснованию значений концентраторов напряжений [78, 187, 223], а также коэффициентов прочности сварных соединений для условий ползучести согласно [221, 222, 225].
Из результатов проведенных расчетов установлено, что индивидуальный ресурс характеризуется сроками в диапазоне 178-400 тыс. ч (рис. 4.61-4.63, табл. 4.19), в том числе:

  1. 320-400 тыс. ч для стыковых сварных соединений;
  2. 235-320 тыс. ч для соединений разнотолщинных трубных элементов;
  3. 178-235 тыс. ч для тройниковых сварных соединений.

Запас прочности на период наработки п — 185 тыс. ч характеризуется значениями п = 0,99-1,53 и для установленных сроков индивидуального ресурса составляет п = 1-1,5 в зависимости от типоразмера сварных соединений (рис. 4.61-4.63).
Остаточный ресурс, определенный из равенства то р — тир — тн, ограничивается сроками 0-214 тыс. ч и составляет:

  1. 134-214 тыс. ч для ССС;
  2. 50-134 тыс. ч для СССр.т.э;
  3. 0-50 тыс. ч для ТСС.

Сварные соединения с учетом установленного запаса прочности на период индивидуального ресурса были классифицированы по категориям опасности согласно установленной для этой цели зависимости КО=— 12п+19 (рис. 4.64) с граничными условиями, при которых запасу прочности п=1,5 соответствует первая категория опасности КО=1 (высокая надежность), а запасу прочности п=1 соответствует КО=7 (низкая надежность сварного соединения по предельному состоянию металла на стадии исчерпания долговечности — длительной прочности).

Таблица 4.19. Расчетные данные по сварным соединениям паропровода острого пара энергоблока 300 МВт ст. №5 Костромской ГРЭС. Параметры: tср= 546,64 °C, Рср = 22,512 МПа, τн = 185071 ч

Примечание. Расчетный парковый ресурс ССС составляет 400 тыс. ч; он сокращен до 320 тыс. ч для приведения в соответствие с τпк.р прямых труб 0325 х 60 мм согласно [13].

Достаточно высокой надежностью характеризуются сварные соединения с запасом прочности п=1,4-1,5, пониженной надежностью СС с запасом прочности п = 1,33 и недопустимо низкой — с запасом прочности п=1 (табл. 4.19). Это требует для соединений с п=1-1,33 принятия оперативных мер по ремонту ТСС, усилению эксплуатационного контроля или их замене.

Рис. 4.64. Взаимосвязь коэффициента запаса прочности (п) с категорией опасности (КО) сварных соединений

Выводы

  1. Согласно алгоритмов расчета, разработанных применительно к паропроводу свежего пара энергоблока 300 МВт Костромской ГРЭС, установлены сроки паркового, индивидуального и остаточного ресурса сварных соединений, имеющих наработку 185 тыс. ч для средних параметров пара 546,6 °C и 22,5 МПа, в том числе в диапазоне сроков:
  2. 120-400 тыс. ч для паркового ресурса;
  3. 178-400 тыс. ч для индивидуального ресурса;
  4. 0-214 тыс. ч для остаточного ресурса в зависимости от типоразмера сварных деталей.
  5. Расчетная оценка паркового ресурса сварных соединений основана на сопоставлении эквивалентных (приведенных) напряжений от внутреннего давления с допускаемыми для стали напряжениями при обеспечении запаса прочности п=1,5. Методический подход в оценке индивидуального ресурса основан на сопоставлении эквивалентных напряжений на все виды нагрузок с долговечностью стали при одновременном определении запаса прочности сварных соединений, например, в диапазоне п = 1-1,5. Оценка остаточного ресурса определяется разностью сроков индивидуального ресурса и длительности наработки.
  6. Установлена взаимосвязь запаса прочности п =1-1,5 с категорией опасности сварных соединений в диапазоне КО=1-7. На этой основе сварные соединения паропровода ст. №5 КГРЭС классифицированы по категориям опасности сварных соединений в зависимости от типоразмера сварных соединений, что позволяет своевременно принимать меры по обоснованию объемов эксплуатационного контроля (увеличению, снижению), замене или ремонту поврежденных сварных деталей.