CC BY
58
УДК 519.254+658.588.8+658.011.56+004.9
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАКТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ МЕТАЛЛА ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА КОТЛОВ
А.И. Вуколова, А.В. Николаенко
Рассматривается методика расчета фактической температуры и остаточной долговечности металла, позволяющая определять наиболее теплонапряженные зоны, узлы и элементы с максимальными температурами металла, выявлять причины появления и развития дефектов, производить оценку долговечности, планировать частичную или полную замену металла для рационального проведения ремонтно-профилактических работ.
Ключевые слова: температура металла, неразрушающий контроль, оперативный контроль, поверхности нагрева.
Переход к системе обслуживания и ремонта оборудования ТЭС и ТЭЦ по техническому состоянию создает предпосылки для широкого внедрения в энергетике систем обслуживания, контроля, технического диагностирования и мониторинга.
Современное развитие средств измерительной техники, а также высокий уровень программнотехнических комплексов АСУТП электростанций открывают новые пути в создании и организации вышеуказанных систем для обеспечения надежности и эффективности эксплуатации поверхностей нагрева.
Состояние металла поверхностей нагрева, камер, коллекторов, перепускных труб определяет надежность работы котла.
Наиболее повреждаемыми в тракте котлов являются пароперегревательные и испарительные поверхности нагрева, на температурный режим которых влияют условия эксплуатации.
Основными источниками информации о температурных режимах являются измерения температуры металла в обогреваемой зоне, температуры среды на выходе из наиболее теплонапряженных змеевиков, средних температур за каждой ступенью пароводяного тракта котла. Измеренная с помощью температурных вставок температура является фактической температурой металла, поскольку учитывает все эксплуатационные факторы, влияющие на нее, и предоставляет самую надежную информацию, от которой зависят прочностные и физические свойства металла, определяющие уровень накопленной поврежденности и в итоге - долговечность труб. Очень важно при этом установить вставки в зоне наиболее теплонапряженных и обогреваемых участков труб. Несвоевременная и недостаточная информация о темпе-
Вуколова Алина Ивановна — к.т.н., ведущий научный сотрудник филиала «УралВТИ-Челябэнер-госетьпроект» ОАО «Инженерный центр энергетики Урала»; vai@chel.iceu.ru.
Николаенко Алексей Васильевич — аспирант кафедры автоматики и управления ЮУрГУ; шко1аеп-ko@chel.iceu.ru.
ратурном режиме может стать причиной повреждения труб.
Однако не всегда есть возможность установить дорогостоящие температурные вставки и дополнительные термопары для определения фактической температуры металла.
В УралВТИ по результатам обобщения экспериментальных и аналитических исследований температурного режима поверхностей нагрева котлов энергоблоков 150-800 МВт разработаны методики расчета фактической температуры и остаточной долговечности металла.
Использование этих методик позволяет:
• определять наиболее теплонапряженные зоны, узлы и элементы с максимальными температурами металла;
• осуществлять контроль за ними (вырезкой образцов);
• выявлять причины появления и развития дефектов;
• производить оценку долговечности;
• планировать частичную или полную замену.
За основу в методике расчета фактической
температуры металла труб поверхностей нагрева принята формула [1]:
=?П + Р9(*П _,п) + ^мп> (1)
где ?м - температура металла на входе в пароперегреватель; ?п - температура пара на входе в пароперегреватель; /п - температура пара на выходе из пароперегревателя; А?мп=^м-Гп - разность температур металла () и пара (/п) в точке замера или расчета; р9 =г|тт1к/рг - тепловая разверка
пароперегревателя, характеризующая неравномерность тепловосприятия отдельных змеевиков; Лт = ЛшЛгл - тепловая неравномерность со стороны газов по ширине ( г|ш ) и глубине ( т]гл ) газохода; т]к = Нх/Нср - конструктивная нетождествен-ность, определяемая разной длиной труб в обогре-
66
Вестник ЮУрГУ, № 17, 2008
Метод определения фактической температуры металла поверхностей...______________
ваемой зоне, где Нх - площадь отдельного змеевика, а #ср - средняя площадь змеевика; рг = Сх /Сср - гидравлическая разверка определяемая как отношение расхода в данной трубе ( вх ) к среднему расходу (Оср) по трубам пароперегревателя.
Для определения местоположения змеевика с максимальной температурой пара и металла производится расчет для каждого элемента величины тепловой разверки ( р9 ) и ее составляющих (г)т и
рг) по ширине и глубине газохода котла и строятся графики распределения этих величин.
Наибольшую сложность в таких расчетах представляет расчет тепловой неравномерности по ширине всего газохода котла (г|т), определяемой по [2].
Для каждой ступени ширм по расчетным данным находятся максимальное, минимальное и среднее значения тепловой неравномерности, затем рассчитывается относительная величина для каждого элемента ступени:
Лотал >
Лт.ср
где г\ТЛ - тепловая неравномерность отдельной ступени ширм; Г|тср - средняя тепловая неравномерность ступени ширм.
Расчет гидравлической разверки выполняется по [3], где представлены алгоритмы расчетов более 20 коллекторных схем.
Результаты расчета и графическое представление Г)т, рг, И рч позволяют определять зоны с
максимальными и минимальными значениями этих параметров, а также взаимное их влияние на температуру металла.
Так для случая, когда минимальные расходы имеют крайние ширмы, а максимальные - ближе к центру газохода, то по характеру распределения тепловая неравномерность и гидравлическая разверка совпадают, что приводит к уменьшению тепловой разверки и, как следствие, к снижению температуры металла. В этом случае имеет место компенсация расходами пара тепловой неравномерности со стороны газов. Совпадение по месту
максимальных рд и Т1т дает основание считать
эти трубы наиболее тепло-напряженными, т.е. с максимальной температурой пара и стенки. Во всех многозаходных змеевиках поверхностей нагрева такими являются внешние, самые длинные и обогреваемые змеевики.
В средних ширмах расчетная тепловая неравномерность и гидравлическая разверка взаимно распределены так, что в результате их взаимодействия тепловая разверка становится выше тепловой неравномерности, так как в месте максимума г|т расположены ширмы с минимальными расходами и наоборот. Такое взаимодействие предполагает наличие самых теплонапряженных ширм в центре газохода и соответственно их внешних змеевиков.
Заключение
Практическое применение методики расчета фактической температуры металла стенки труб и определение местоположения наиболее теплонапряженных элементов и участков труб позволят выявить очаги зарождения поврежденности. Данная методика будет апробирована для оценки технического состояния металла труб и их долговечности на котле стана № 6 ЦЭС ММК. Для этого в пароперегревателе будут установлены и подключены к АСУТП термопары для организации автоматизированного контроля и мониторинга за температурным режимом наиболее теплонапряженных труб и последующего расчета остаточной долговечности металла [4].
Литература
1. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. - СПб.: НПО ЦКТИ, 1998.
2. Чебулаев, В. В. О выборе тепловых неравномерностей на выходе из топки при конструировании пароперегревателей современных котлов /
B. В. Чебулаев // Теплоэнергетика. - 1989. - N° 8. -
C. 25-28.
3. Расчет гидравлических и тепловых разве-рок в пароперегревателях. Руководящие указания. -Л, 1990.-№58.
4. Разработка модели технического состояния поверхностен нагрева с учетом эксплуатационных факторов: отчет / УралВТИ; А. И. Вуко-лова, В. А. Нахалов. - Челябинск, 2000.
Поступила в редакцию 21 мая 2008 г.
Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника», выпуск 8
67
