Система контроля за тепловыми перемещениями трубопроводов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ЭКСПЛУАТАЦИЯ АЭС

УДК 621.039:621.64:621.181

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ЗА ТЕПЛОВЫМИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯМИ ТРУБОПРОВОДОВ

© 2012 г. И.Н. Веселова*, В.Д. Козырев**

* Волгодонский инженерно-технический институт - филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Волгодонск, Ростовская обл.

** Ростовский филиал ОАО «Атомтехэнерго», Волгодонск, Ростовская обл.

Поступила в редакцию 10.10.2012 г.

В статье рассмотрена разработанная и внедренная на АЭС система контроля за тепловыми перемещениями трубопроводов, предназначенная для бесконтактного дистанционного контроля за тепловыми перемещениями и вибросостоянием паропроводов и трубопроводов. Отличительной особенностью системы является наличие канала измерения температуры в зоне контроля перемещений и возможность регистрации и оценки не только абсолютных перемещений трубопроводов, но и низкочастотной вибрации.

Ключевые слова: перемещения, трубопроводы, контроль, система, безопасность, надежность.

Безопасность и надежность эксплуатации объектов энергетического комплекса непосредственно связана с надежностью работы технологического оборудования, в том числе трубопроводов.

Проектные основы безопасности эксплуатации оборудования энергоблоков обеспечиваются, согласно действующей нормативно-технической документации, постоянным или периодическим контролем:

1. абсолютных тепловых перемещений трубопроводов технологических систем групп В и С наружным диаметром более 300 мм, работающих при температурах среды более 250°С [1];

2. вибропрочности трубопроводов, подвергающихся вибрационному нагружению при установившейся и неустановившейся вибрации [2].

На основании требований НТД, разработана, изготовлена и внедрена система контроля за тепловыми перемещениями трубопроводов (СКТП), отличительной особенностью которой является:

1) наличие канала измерения температуры в зоне контроля перемещений;

2) возможность регистрации и оценки не только абсолютных перемещений трубопроводов, но и регистрации низкочастотной вибрации.

Разработанные программно-технические средства успешно прошли апробацию на энергоблоках № 5, 6 АЭС «Козлодуй» (Болгария), внедрены в опытно-промышленную эксплуатацию на энергоблоке № 4 Калининской АЭС. В настоящее время СКТП поставлена на энергоблок № 3 Ростовской АЭС.

СКТП предназначена для бесконтактного дистанционного контроля за тепловыми перемещениями и вибросостоянием паропроводов и трубопроводов. Применение СКТП позволяет предупреждать непроектные перемещения трубопроводов, устранять их причины и оценивать вибросостояние трубопроводов с момента начала использования системы. Структурная схема СКТП показана на рис. 1.

СКТП обеспечивает одновременное измерение текущих значений перемещений и температур; проводит пересчет измеренных значений в истинные физические

©Издательство Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», 2012

величины; проводит накопление и хранение значений измеренных величин для дальнейшего использования; позволяет проводить настройку и изменение конфигурации системы; проводит подготовку, обработку информации и представляет измеренную и расчетную информацию в виде таблиц и графиков оператору; обеспечивает проверку работоспособности технических средств системы.

Датчик температуры :троительноО конструкции

Датчик перемещений

Датчик перемещений

Герметичн проходка

Аппаратные стойки контроля перемещения (АСКП) температуры (АСКТ)

Измерительные

усилители

МССр1из-Р11

(2 шгг$

Модуле

измерения 1

перемещения ?

1___

Модуле

измерения —1

пемпература?

!1|

Блок +24В '

3

1 - подсистема сбора данных; 2 - подсистема программно-технических средств экспорта-импорта информации из АСУТП и баз данных; 3 - средства передачи и хранения информации

Рис. 1. Структурная схема СКТП.

Кроме того, в функции СКТП входит:

- Мониторинг низкочастотной вибрации трубопровода.

- Мониторинг фактических параметров нагружения трубопроводов - скорости изменения и абсолютного значения температуры металла в точке контроля перемещений.

- Сравнение значений перемещений, параметров среды с проектными, нормируемыми значениями, а также с ранее проведенными нагружениями.

Для измерения перемещений трубопроводов в пространстве применяются ультразвуковые датчики с диапазоном измерения от -135 мм до +150 мм, позволяющие проводить бесконтактный контроль перемещений трубопроводов. В каждой точке контроля устанавливают по три ультразвуковых датчика, ведущих измерения вдоль ортогональных осей пространства. Места установки датчиков и расчетные значения тепловых перемещений регламентируются проектирующей организацией. Как правило, блоки мишеней устанавливаются на прямолинейных участках паропроводов, предпочтительно вблизи гибов через 2-3 межопорных пролета в местах с ожидаемыми наибольшими напряжениями металла и наибольшими значениями тепловых перемещений, удобных для доступа и обслуживания и на расстоянии не менее 100 мм от гиба, сварного соединения и не менее 200 мм от края опоры. Точки контроля выбираются по критерию наибольших величин перемещений и напряжений металла из

расчетов, полученных при различных режимах работы. Блок мишеней и блок ультразвуковых датчиков показан на рис. 2.

а - блок мишеней, б - блок ультразвуковых датчиков Рис. 2. Блок ультразвуковых датчиков и блок мишеней СКТП.

Для контроля перемещений на трубопровод магнитным прижимом или на струбцину, крепящуюся к проушине подвески, устанавливается блок мишеней, расположенных в координатах X, У, Ъ, а на неподвижную часть строительных или опорных металлоконструкций устанавливается устройство крепления датчиков, кинематически не связанных с блоком мишеней (рис. 3).

1 - блок датчиков; 2 - механизм поворотный; 3 - блок мишеней; 4 - стойка блока мишеней; 5 - хомут;

6 - трубопровод; 7 - опора; 8 - стойка блока датчиков; 9 - клеммная коробка.

Рис. 3. Вариант расположения блока ультразвуковых датчиков и блока мишеней СКТП.

Для измерения температур стенки трубопровода и строительных конструкций в месте установки блока датчиков применены термометры сопротивления.

СКТП имеет диагностическое программное обеспечение, базу данных, связанную с пакетом 8ТАТ18Т1СА [3], графический пакет рисования мнемосхем и связи их с базой данных. База данных позволяет хранить все проектные технические характеристики

трубопроводов, а также результаты мониторинга перемещений трубопровода. На основании проекта привязки, разработанного проектирующей организацией, расчетные данные перемещений трубопроводов заносятся в программу. Программное обеспечение системы реализует автоматический сбор и обработку поступающей информации; настройку каналов измерения; измерение перемещений; измерение температур; регистрацию времени проведения измерений; подготовку файла с измеренными данными; расчет величины перемещений; визуализацию полученной информации; оценку величины перемещений (виброперемещений) в части соответствия критериям нормативной документации; хранение исходной и обработанной информации в базе данных; возможность контроля и анализа величин тепловых перемещений с удаленного рабочего места.

Программное обеспечение функционально реализовано в двух программных модулях - модуль «измерения» и модуль «анализ».

Первый модуль обеспечивает сбор и перевод измеренных электрических сигналов от датчиков в физические величины измеряемых параметров (перемещения и температура трубопроводов, температура строительных конструкций).

Второй модуль дает возможность визуально проконтролировать перемещения трубопровода на всём этапе измерений и выполнять расчет спектров перемещений и спектров огибающих перемещений для определения частот колебаний трубопровода, хранение полученных результатов и вывод их в виде графиков.

Интерфейс программы реализован через систему окон с расположенными на них объектами. Внешний вид диалогового окна показан на рис. 4.

Рис. 4. Внешний вид диалогового окна.

При перемещениях трубопроводов на значение большее, чем расчетные перемещения в данной точке для данного режима в «Главном окне» отображаются следующие события:

- индикатор перемещений загорается красным цветом;

- рамка, в которой изображается схема установки датчиков и кнопки, расположенные на схеме окрашивается в красный цвет;

- обозначения датчиков на панели точек контроля, в которых перемещения превысили расчетные, окрашивается в красный цвет;

- акустическая система компьютера подает звуковой сигнал тревоги.

В центре окна расположена увеличенная мнемосхема трубопровода с расположенными на ней точками контроля, окрашенными в соответствующий значению цвет. Под схемой отображается наименование выбранного трубопровода. При нажатии точки контроля расположенной на схеме трубопровода, открываются графики перемещений и температуры (рис. 5). Перемещения трубопроводов, а также измеряемые температуры трубопровода и строительных конструкций на графиках показываются линиями разного цвета. Над обозначениями датчиков выводятся соответствующие числовые мгновенные значения перемещений и температуры. Под графиками обозначается выбранный режим измерений. Математическая обработка сигналов реализуется в программе STATISTICA.

Рис. 5. Результаты текущих значений измерений.

В результате измерений и обработки сигналов СКТП выдает следующую информацию:

- текущее значение перемещения, регистрируемое каждым датчиком;

- временной момент регистрации перемещений каждым датчиком;

- температура металла трубопровода в контролируемой точке;

- номер ультразвукового датчика, зарегистрировавшего наибольшее перемещение по любой из осей X, Y, Ъ;

- звуковой (световой) сигнал о превышении контролируемых значений перемещений над расчетными значениями;

- отчет с цифровыми и графическими результатами контроля перемещений с вероятностными зависимостями величин перемещений от технологических режимов эксплуатации трубопроводов, контролируемых штатными средствами КИП и А;

- амплитудно-частотные характеристики колебаний трубопровода в диапазоне 0-20 Гц.

ВЫВОД

Система контроля за тепловыми перемещениями трубопроводов (СКТП) является законченной полнофункциональной системой и дает возможность контролировать перемещения и вибропрочность трубопровода, что является, несомненно, важным аспектом безопасности и надежности работы оборудования в целом.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ПН АЭ Г-7-008-2001. Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.

2. РД 10-249-98. Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды.

3. Боровиков В.П., Ивченко Г.И. Прогнозирование в системе STATISTICA в среде WINDOWS [Текст]: Учеб. пособие / В.П. Боровиков ; Г.И. Ивченко / 2-е изд., переб. и доп. - М. : Финансы и статистика, 1999. - 199 с.

Control system of piping thermal deformations

I. N. Veselova*, V. D. Kozyrev**

* Volgodonsk Engineering Technical Institute the branch of National Research Nuclear University «MEPhI», 73/94 Lenina St., Volgodonsk, Rostov region, Russia 347360 e-mail: INVeselova@mail.ru

** Rostov subsidiary (branch) of Joint-Stock Company of open type "ATOMTECHENERGO", Volgodonsk-28, Rostov region, Russia 347388 e-mail: K_VD@ mail.ru

Abstract - Control system of piping thermal deformations worked out by the authors of the article, implemented at the nuclear power plant and aimed at non-contact remote control under thermal deformations and vibrocondition of steam pipes and pipelines is presented in the article. The distinctive feature of this system is channel of temperature measurement in the area of deformation control and possibility of registration and evaluation not only the absolute piping deformations but also low-frequency vibration.

Keywords: deformations, pipelines, control, system, safety, reliability.