Техническое диагностирование парового энергетического котла тп-170, с целью установления соответствия технического устройства, отработавшего расчетный срок службы требованиям промышленной безопасности, определения возможности, сроков и условий дальнейшей эксплуатации Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Чистовский А.В.1, Баранников Ю.Н.2, Сафин И.Ф.3, Давыденко С.А.4, Набиуллин Ф.В.5 ©

Директор ООО «НПП ОСОРД»; начальник лаборатории металлов и сварки ООО «КамЭнергоРемонт»; 3инженер-лаборант ООО «КамЭнергоРемонт»; Генеральный директор ООО «Техэксперт КМВ»; 5заместитель директора по экспертно-диагностической деятельности Филиала ООО «КЭР-Инжиниринг» «КЭР-Наладка»

ТЕХНИЧЕСКОЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ПАРОВОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОТЛА ТП-170, С ЦЕЛЬЮ УСТАНОВЛЕНИЯ СООТВЕТСТВИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА, ОТРАБОТАВШЕГО РАСЧЕТНЫЙ СРОК СЛУЖБЫ ТРЕБОВАНИЯМ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ, СРОКОВ И

УСЛОВИЙ ДАЛЬНЕЙШЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Аннотация

В данной статье авторами рассмотрено техническое диагностирование парового энергетического котла ТП-170, с целью установления соответствия технического устройства, отработавшего расчетный срок службы требованиям промышленной безопасности, определения возможности и условий дальнейшей эксплуатации

Ключевые слова: техническое устройство, техническое диагностирование, паровой котел, расчетный срок службы.

Keywords: technical device, technical diagnosis, steam boiler, rated life.

Заключение экспертизы по результатам технического диагностирования парового энергетического котла ТП-170 составлено в соответствии с требованиями следующих основных нормативных документов:

- Федерального Закона № 116 от 20.06.1997 г. «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 20.06.1997 г. [1];

- Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила проведения экспертизы промышленной безопасности», утвержденных приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 14.11. 2013 г. № 538 [2];

Котел ТП-170-1, водотрубный с естественной циркуляцией, предназначен для выработки перегретого пара с давлением 100 кгс/см2 и температурой 510°С, дата изготовления 1952 г., дата ввода в эксплуатацию: 1955 г., вид топлива: природный газ, мазут, расчетные (проектные) технические характеристики:

- расчетное (рабочее) давление в барабане: 11,0 МПа (110 кгс/см2)

- расчетное (рабочее) давление пара на выходе из котла: 10,0 МПа (100 кгс/см2);

- расчетная (рабочая) температура пара на выходе из котла: 510°С;

Наработка и количество пусков на момент обследования: 262401 час, 386 пусков;

По результатам анализа, рассмотренных в процессе экспертизы документов (проектных, конструкторских, эксплуатационных, ремонтных) установлено:

- параметры эксплуатации не превышают разрешенных значений;

- в паспорте на котел сведения об авариях и нарушениях эксплуатационных режимов отсутствуют;

- наработка всех элементов соответствует наработке котла (262401 час), за исключением замененных: труб пароперегревателя I ступени 038x4,5 мм, труб пароперегревателя II ступени

© Чистовский А.В., Баранников Ю.Н., Сафин И.Ф., Давыденко С.А., Набиуллин Ф.В., 2015 г.

042x5 мм, труб заднего экрана 076x6 мм, коллекторов заднего экрана 0273x35 мм, выходного коллектора II ступени пароперегревателя, регулятора перегрева, наработка которых составляет 31453 часа и поверхностного пароохладителя, наработка которого составляет 14979 часов;

- средние параметры пара на выходе из котла, представленные по форме 3-тех, за весь период эксплуатации составили: Т=503,6°С, Р=9,58 МПа.

При проведении технического освидетельствования металлоконструкций парового энергетического котла ТП -170 выполнены следующие работы:

1. Визуальный и измерительный контроль элементов колонн, потолочных и поперечных балок, подвесок котла. Установлено, что на каркасе котла были проведены ремонтные работы по усилению хребтовой балки ХБ, имеющей повышенный прогиб (стрела прогиба направлена вниз, высота прогиба Н=120 мм). По всей длине балки: по фронтовой и тыльной сторонам, установлены листы усиления и ребра жесткости.

Зафиксирована просадка поперечной балки ПБ-2 в месте приварки к хребтовой балке ХБ. По результатам контроля ремонтных участков, включая место приварки балки ПБ-2 к хребтовой балке, установлено, что дальнейшего развития дефектов (прогиб балки ХБ и просадка балки ПБ-2) не происходит. Следов коррозионного и эрозионного износа, окалинообразования на основных и промежуточных колоннах, потолочных и поперечных балках, а также подвесках и опорах, не зафиксировано; трещин, разрывов и других недопустимых дефектов металла и сварных соединений металлоконструкций котла, в том числе на элементах усиления не зафиксировано; искривлений продольных осей колонн, прогибов поперечных и потолочных балок не зафиксировано; воды (луж, мокрой золы) и канав для стока воды в районе опорных узлов колонн не зафиксировано

2. Измерительный контроль элементов колонн и потолочных балок. Зафиксированные отклонения от вертикали колонн каркаса не превышают допустимых значений, определяемых по п. 6.2.1 РД 10-210-98 [3], просадки хребтовой и обвязочных потолочных балок не превышают допустимых значений, определяемых по п. 6.2.2 РД 10-210-98[3], просадка поперечной потолочной балки ПБ-2 превышает допустимую величину (п. 6.2.2. РД 10-210-98) [3].

3. Измерение твердости металла элементов колонн и потолочных балок. Твердость металла элементов котла удовлетворяет требованиям действующей НТД.

4. Ультразвуковая толщинометрия элементов колонн и потолочных балок. Максимальное утонение стенок не превышает допустимой величины 1 мм согласно п. 6.2.5 РД 10-210-98 [3].

При проведении технического диагностирования (инструментального контроля) большого и малого барабанов котла выполнены следующие работы:

1. Визуальный и измерительный контроль наружной и внутренней поверхностей обечаек и днищ, отверстий и штуцеров труб водяного и парового объемов, лазовых отверстий и сварных соединений барабанов котла. На внутренней поверхности правого днища зафиксированы 2 трещины протяженностью до 30 мм, левого днища - 4 трещины протяженностью до 20 мм. На 42 отверстиях водоопускных труб водяного объема большого барабана зафиксированы трещины протяженностью от 10 мм до 40 мм. На других отверстиях, элементах и сварных соединениях большого барабана дефектов не зафиксировано. На поверхности основного металла и сварных соединениях элементов малого барабана дефектов не обнаружено.

2. Измерительный контроль большого и малого барабанов котла. Отклонения среднего диаметра от номинального значения в большую сторону не зафиксировано. Максимальное значение овальности обоих барабанов составляет 1,0%, что не превышает допустимую величину 1,0% согласно п. 5.3.4. СО 153-34.17.442-2003[4]. Максимальный прогиб барабанов составил 2,0 мм, что не превышает допустимое значение 2,0 мм согласно п. 5.3.4. СО 153-34.17.442-2003

[4],

3. Измерение твердости основного металла элементов барабанов. Твердость металла элементов барабанов находится в пределах допустимых значений (120^180 НВ) для сталей марок 20К и 22К, в соответствии с п. 5.3.5. СО 153-34.17.442-2003[4].

4. Магнитопорошковая дефектоскопия наружной и внутренней поверхностей днищ барабанов, мостиков между отверстиями труб, лазов, участков 200x200 мм на внутренней поверхности обечаек, сварных швов обечаек и приварки сепарационных устройств, а поверхностей с ранее произведенными выборками. На поверхности лаза (участок 2-2), левого (участок 2-3) и правого днищ (участок 2-6), а также мостиках между отверстиями труб (участок 2-8) большого барабана обнаружены трещины. На других элементах и сварных швах большого и малого барабанов дефектов не зафиксировано.

5. Ультразвуковая толщинометрия обечаек и днищ барабанов. Минимальные фактические значения толщины стенки большого и малого барабанов не менее расчетных, с учетом скорости коррозии и эрозии и удовлетворяют условиям прочности.

6. Ультразвуковой контроль сварных соединений барабанов. Дефектов не зафиксировано.

7. Металлографическое исследование структуры металла большого и малого барабанов. По результатам исследования барабанов методом реплик аномальных изменений структуры не обнаружено.

8. Визуальный и измерительный контроль после выборки дефектов на большом барабане. На днищах и отверстиях водоопускных труб дефектов не зафиксировано.

9. Магнитопорошковая дефектоскопия после выборок дефектов. В местах выборок дефектов не обнаружено.

10. Поверочный расчет большого барабана котла на статическую прочность и оценка ресурса металла барабанов котла в условиях нестационарного эксплуатационного нагружения. На основании статического расчета на прочность установлено, что большой барабан работает с достаточным запасом прочности без заварки выборок. На основании расчета на циклическую прочность установлено, что барабаны котла могут быть допущены к дальнейшей эксплуатации на срок не более 25 тыс. часов. В связи с тем, что толщина стенки днищ на эллиптической части в местах выборок составляет около 180 мм, что на много больше толщины стенки обечайки (номинальная толщина 96 мм), расчет на прочность днищ большого барабана не проводился. Расчет на прочность малого барабана не проводился, так как фактическая толщина стенки не менее номинальной по паспорту.

При проведении технического диагностирования (инструментального контроля) коллекторов и соединительных труб пароперегревателей котла выполнены следующие работы:

1. Визуальный и измерительный контроль коллекторов, паросборной камеры и соединительных (пароперепускных) труб пароперегревателей I и II ступеней. На наружной и внутренней поверхностях основного металла и сварных соединениях коллекторов, паросборной камеры и соединительных (пароперепускных) труб котла дефектов не зафиксировано.

2. Измерительный контроль овальности и остаточной деформации ползучести гибов. Минимальное значение овальности гибов составляет 1,5%, что не ниже допустимого значения 1,5% согласно п. 8.3.10 СО 153-34.17.470-2003[4], максимальное значение овальности составляет 1,8%.

3. Измерение твердости металла гибов, паросборной камеры и коллекторов. Твердость металла соответствует нормативным требованиям.

4. Магнитопорошковая дефектоскопия сварных соединений коллекторов, растянутой части гибов пароперепускных труб и радиусных переходов литых деталей. Дефектов не зафиксировано.

5. Ультразвуковая толщинометрия коллекторов, пароперепускных труб и паросборной камеры котла. Минимальные фактические значения толщины стенки измеренных элементов удовлетворяют условиям прочности.

6. Ультразвуковой контроль сварных соединений (тип 1, тип 2) коллекторов, пароперепускных труб и паросборной камеры котла. Дефектов не зафиксировано.

7. Ультразвуковой контроль растянутой части гибов пароперепускных труб котла. Дефектов не зафиксировано.

8. Металлографическое исследование структуры металла и сварных соединений коллекторов, гибов соединительных (пароперепускных) труб и паросборной камеры на микроповреждаемость. По результатам исследования микроструктура основного металла гибов №№ 1, 3, 4, 5а соединительных (пароперепускных) труб и основной металл паросборной камеры оценены баллом 3 по шкалам ВТИ и подлежат контролю через 25 тыс. часов эксплуатации. Сварные соединения №№ 6, 6а паросборной камеры подлежат контролю через 20-25 тыс. часов эксплуатации.

9. Металлографическое исследование структуры металла сварных соединений коллекторов и паросборной камеры на графитизацию. По результатам исследования на графитизацию установлено, что в сварных соединений №№ 4, 6а паросборной камеры графитизации не обнаружено, сварное соединение № 4 входного коллектора КПП II ступени и № 8 выходного коллектора КПП I ступени оценены баллом 1 по 4-х бальной шкале графитизации , что не превышает допустимый (2 и более) в соответствии с п. 6.12.4 РД 10-57703 [5].

10. Поверочный расчет на прочность и оценка остаточного ресурса коллекторов, пароперепускных труб и паросборной камеры котла, а также их элементов. При расчетных параметрах нормативные условия прочности выполняются. На основании полученных результатов расчетов остаточный ресурс входных и выходных коллекторов КПП I и II ступеней составил - 20000 часов; паросборной камеры - 8000 часов; участка трубы от паросборной камеры до задвижки 5КР-1 - 40000 часов; гибов от выходного коллектора КПП II ступени до паросборной камеры - 5000 часов.

11. При проведении технического диагностирования (инструментального контроля) труб поверхностей нагрева экранов и пароперегревателей котла выполнены следующие работы:

1. Визуальный и измерительный контроль экранных труб и труб пароперегревателей котла. Дефектов и видимых отклонений труб поверхностей нагрева не зафиксировано.

2. Измерительный контроль труб поверхностей нагрева. Отклонение диаметра труб поверхностей нагрева с максимальным значением 0,53% для труб из стали 20 и 0,71% для труб из стали 12Х1МФ находится в пределах нормы: 3,5% и 2,5% соответственно от номинального диаметра согласно п. 6.1.3 РД 10-577-03. Выхода труб из ранжира не зафиксировано.

3. Ультразвуковая толщинометрия экранных труб и труб пароперегревателей котла. Минимальные фактические значения толщины стенки труб поверхностей нагрева не менее расчетных, с учетом скорости коррозии и эрозии.

4. Исследование труб поверхностей нагрева (на вырезках) химическим анализом, внешним осмотром и производством замеров, механическими испытаниями. По результатам химического анализа, металл труб соответствует сертификатным данным. По результатам визуального осмотра и замеров установлено, что на наружной и внутренней поверхностях труб недопустимых дефектов не обнаружено, геометрические размеры соответствуют требованиям НТД. Прочностные характеристики исследованных образцов вырезок в целом соответствуют требованиям ТУ. По результатам металлографического исследования образцов можно утверждать, что аномальных изменений структуры металла не обнаружено.

5. Поверочный расчет на прочность и оценка остаточного ресурса труб поверхностей нагрева котла. При рабочих параметрах нормативные условия прочности выполняются. На

основании полученных результатов расчетов остаточный ресурс труб конвективного пароперегревателя I, II ступеней 40000 часов, экранных труб котла 15000 часов.

Гидравлические испытания пробным давлением Рпр = 137,5 кгс/см2 котел выдержал без признаков остаточной деформации, трещин разрывов, течей, потения в сварных соединениях и основном металле.

Выводы и рекомендации

1. Результатами контроля и расчетами на прочность основных элементов котла установлено, что при рабочем давлении на выходе котла 10,0 МПа (100 кгс/см2) нормативные условия прочности выполняются.

2. Гидравлическое испытание пробным давлением 137,5 кгс/см2, котел выдержал, что также подтверждает его работоспособность.

3. На основании анализа результатов контроля и проведенных расчетов на прочность котла ТП-170 установлено, что котел находится в удовлетворительном состоянии и может быть допущен к дальнейшей эксплуатации при рабочих параметрах пара на выходе: давление не более 100 кгс/см , температура не более 510°С) на 40000 часов до общей наработки 302401 час при соблюдении проектных условий.

Литература

1. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от

21.07.97 г. № 116-ФЗ;

2. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила проведения экспертизы промышленной безопасности», утвержденные Приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 14.11.2013 г. № 538;

3. РД 10 210-98 «Методические указания по проведению технического освидетельствования металлоконструкций паровых и водогрейных котлов»;

4. СО 153-34.17.442-2003 «Инструкция о порядке обследования и продления срока службы паропроводов сверх паркового ресурса»;

5. РД 10-577-03 «Типовая инструкция по контролю металла и продлению срока службы основных элементов котлов, турбин и трубопроводов тепловых электростанций».