автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Обоснование и разработка перспективных программ обеспечения живучести электростанций с энергоблоками 160-300 МВт, выработавших парковый ресурс

Введение

1. Аналитический обзор существующих методов оптимизации экономичности и надежности энергооборудования.

1.1. Аналитические методы оптимизации.

1.2. Статические методы оптимизации.

1.2.1. Метод случайного поиска.

1.2.2. Метод многофакторного анализа

1.2.3. Метод одношаговой последовательной оптимизации.

1.2.4. Метод крутого восхождения или спуска.

2. Разработка методики планирования и испытания энергоблоков на надежность

2.1. Краткое описание объемов исследования - парогенераторов ТГМП-314А энергоблоков мощностью 300 МВт.

2.2. Определение времени испытаний и количества испытываемого оборудования

2.3. Анализ эксплуатационной надежности энергоблоков мощностью 300 МВт с парогенератором ТПП-312.

2.3.1. Анализ эксплуатационной надежности энергоблоков 300 МВт.

2.4. Анализ эксплуатационной надежности энергоблока 300 МВт парогенератором ТГМП-314А.

3. Разработка системы управления индивидуальной надежностью и долговечностью энергооборудования ТЭС после выработки паркового ресурса.

3.1. Введение.

3.2. Альтернативные варианты системы управления надежностью и долговечностью энергооборудования ТЭС.

3.2.1. Консервативный (классический) вариант.

3.2.2. Управление индивидуальной надежностью энергооборудования с позиции теории стохастической обратной связи.

3.2.3. Управление индивидуальной надежностью объекта путем влияния на причины отказов.

3.2.4. Методы динамического управления показателями надежности и долговечности.

3.2.5. Разработка графоаналитического метода определения новых зарождающихся механизмов повреждаемости энергооборулования находящегося на завершающей стадии эксплуатации.

4. Разработка методов и средств мониторинга длительной прочности трубных систем работающего энергооборудования.

4.1. Предисловие к разработке.

4.2. Разработка конструкции и методики мониторинга котельных труб на длительную прочность.

4.3. Разработка методов и средств мониторинга изменения толщины стенки труб поверхностей нагрева.

4.4. Разработка методов и средств непрерывного контроля температуры стенок труб поверхностей нагрева.

4.5. Методика определения длительной прочности труб поверхностей нагрева по показаниям нагружающего устройства.

4.6. Разработка методов и средств мониторинга труб питательной воды

4.6.1.Калибровочно-индикаторный пневмомеханический диагностический модуль.

4.6.2. Методика определения допустимых суммарных напряжений.

4.6.3. Методика оценки малоцикловой усталости.

4.6.4. Разработка локального диагностического модуля.

4.6.5. Разработка высокотемпературного ультразвукового метода диагностики труб питательной воды.

4.6.6. Разработка экспертной системы контроля и оценки условий эксплуатации котельных установок ТЭС.

5. Аналитические и эспериментальные исследования работоспособности трубных систем энергоблоков ТЭС

5.1. Введение.

5.2. Исследование состояния металла труб питательной воды Славянской и Углегорской ГРЭС.

5.2.1. Результаты исследования.

5.2.2. Анализ результатов исследования.

5.2.3. Анализ режимов работы энергоблока.

5.2.4. Разработка рекомендаций по повышению надежности труб питательной воды

5.2.5. Исследование влияния водно-химических режимов на надежность труб питательной воды.

5.2.6. Определение предельно-допустимой глубины трещин на ТПВ.

5.2.7. Оптимизация параметров рабочей среды.

5.2.8. Исследование влияния цикличности на надежность ТПВ.

5.3. Аналитические исследования состояния металла труб питательной воды

Кураховской ГРЭС.

5.3.1. Результаты исследования.

5.3.2. Разработка мероприятий по повышению надежности и долговечности ТПВ

5.3.3. Аналитические и экспериментальные исследования труб поверхностей нагрева котлов.

6. Исследование отдельных экономических показателей при выборе варианта реконструкции ТЭС.

6.1. Введение.

6.2. Проблемы определения остаточного ресурса энергооборудования при выборе варианта реконструкции ТЭС.

6.3. Экономическое обоснование мероприятий по реконструкции и модернизации устаревших ТЭС.

6.4. Основы расчета экономических параметров.

6.5. Пример выбора варианта реконструкции энергооборудования ТЭС, находящегося на стадии выработки физического ресурса.

6.6. Определение оптимального времени останова электростанции.

6.7. Ремонтно-восстановительные мероприятия.

6.7.1. Улучшение теплового расширения паровых турбин.

6.7.2. Мероприятия по устранению неполадок турбин.

6.7.3. Комплексная модернизация диафрагм и роторов ЦНД.

6.7.4. Долгосрочный эффект от продления срока эксплуатации электростанций

6.8. Пример выбора варианта модернизации на отдельных примерах энергоблока К-300

6.9. Обоснование целевых перспективных программ продления срока службы физически изношенного тепломеханического оборудования устаревших ТЭС

6.9.1. Предисловие к разработке.

6.9.2. Разработка обобщенных трех альтернативных вариантов продления срока службы устаревших ТЭС

Выводы.

Энергооборудование многих электростанций отрасли выработало или вырабатывает свой парковый ресурс и, практически, находится на завершающей стадии эксплуатации, временные характеристики которой могут быть различными и колебаться в широких пределах.

Исследования последних лет показывают, что мера исчерпания рабочего ресурса даже однотипного оборудования зависит от множества, как уже изученных факторов, так и не достаточно понятых явлений, влияние которых все больше проявляется на практике. К таким явлениям можно отнести постепенное изменение механизма макро и микроповреждаемости конструктивных элементов, находящихся, фактически, на стадии предразрушения, т. е. когда повреждаемость становится мало или вовсе непредсказуемым явлением. Начинает преобладать спонтанность над закономерностью. Эти опасные тенденции могут ставить эксплуатационный персонал и специалистов в условия «без вины - виноватых», когда аварийные ситуации, связанные с повреждаемостью не могут быть правильно квалифицированы и идентифицированы как при установлении их причин, так и условий их породивших. Положение усугубляется еще и тем, что одни и те же повреждения на разных, но однотипных энергоблоках могут иметь различную причинно - следственную природу [1].

Анализ повреждаемости энергооборудования и причин их породивших показывает, что в 1998 году на энергоблоках всех категорий мощности произошло 959 отказов с общим временем восстановления 66078 часов. По этой причиненедовыработка электроэнергии составила более 19 млрд. кВт/ч.

Из общего числа отказов энергоблоков 18% произошло из-за недостатковэксплуатации; 14% - из-за низкого качества ремонтов; 10% отказов - из-за дефектов изготовления и конструкции; 3% - из-за дефектов монтажа; 17% - из-за исчерпания ресурса работоспособности оборудования и 38%) - из-за прочих и невыясненных причин.

Такой большой процент невыясненных причин является основой дляразработки новых диагностических систем, позволяющих получить ответы намногие еще не ясные вопросы.

В связи с тем, что значительное количество отказов приходится на котельное оборудования, 67% из их числа составляют трубы поверхностей нагрева, а еще 14% повреждений приходится на другие паротрубные системы энергоблока, то актуальными задачами в обеспечении надежности, долговечности и экономичности работы энергоблоков являются задачи, связанные с обоснованием и разработкой комплекса мероприятий применительно, именно, к паротрубным элементам ТЭС.

К ним прежде всего относятся детали поверхностей нагрева и трубопроводы питательной воды и пара, которые на энергоблоках - лидерах дают большую повреждаемость, а работы по их замене связаны с большими затратами.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка перспективных программ обеспечения живучести электростанций с энергоблоками мощностью 300 МВт, вырабатывающих парковый ресурс. При этом необходимо решить следующие задачи:

1. Провести аналитические исследования по оптимизации показателей надежности и экономичности энергооборудования ТЭС.

2. Разработать методику планирования и испытания энергоблоков вырабатывающих парковый ресурс на надежность.

3. Разработать систему управления индивидуальной надежностью и долговечностью энергооборудования ТЭС после выработки паркового ресурса.

4. Разработать методы и средства для мониторинга наиболее повреждаемых конструктивных элементов.

5 Провести аналитические и экспериментальные исследования по уточнению причин и механизмов наиболее повреждаемых элементов нергооборудования ТЭС.

6. Провести исследования отдельных экономических показателей, необходимых при выборе варианта реконструкции ТЭС.

7. Провести научное обоснование и разработать Программу продления срока службы физически изношенного тепломеханического оборудования стареющих ТЭС.

- 153 -Выводы

На основании проделанных аналитических, теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

1. ЭнергоблокЬ мощностью 150-300 МВт выработавшие свой парковый ресурс, переходят на новую стадию эксплуатации при которой потенциальная макро- и микроповреждаемость становится не адекватной используемой системе расчета показателей надежности и долговечности.

2. Разработана система управления индивидуальной надежностью и долговечностью энергооборудования ТЭС, позволяющая адаптироваться к решению проблем надежности и долговечности энергооборудования, показать новые механизмы старения энергооборудования и своевременно принимать обоснованные технические решения.

3. Определены наиболее повреждаемые элементы энергоблоков с локализацией параметров исчерпания энергии и активации деформационных процессов, других механизмов старения энергооборудования.

4. Разработаны эффективные системы мониторинга трубных систем и труб ПН ТЭС, позволяющие поэтапно отслеживать меру исчерпания рабочего ресурса, предотвращая разрушение.

5. Уточнены причины массового повреждения труб питательной воды на энергоблоках, отработавших 1,5-2 расчетных срока. Разработаны рекомендации по предотвращению их разрушения с использованием диагностических систем.

6. Разработана методика расчета отдельных технико-экономических показателей, необходимых при выборе варианта реконструкции ТЭС.

7. Выполнено обоснование и разработано три варианта альтернативных программ продления срока службы физически изношенного тепломеханического оборудования ТЭС, позволяющие обеспечить живучесть на прогнозируемый период.

1. Канцедалов В.Г., Берлявский Г.П., Злепко В.Ф., Поливанов В.И., Гусев В.В. Новые аспекты в теории и практике надежности энергооборудования ТЭЦ, вырабатывающего физический ресурс.// Электрические станции №3, 2000

2. ГОСТ 17510-72. Надежность изделий машиностроения. Система сбора и обработки информации. Планирование наблюдений.// М.:Издательство стандартов, 1972,- 20с.

3. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисление, т.1. // М.: Наука, 1968.-552 с.

4. Цлаф Л.Я. Вариационное исчисление и интегральные уравнения. // М.: Наука, 1970,190 с.

5. Эльсгольц Л.Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление. // М.: Наука, 1969. 424 с.

6. Вельман Р., Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования. // М.: Наука, 1965. 106 с.

7. Арис Р. Дискретное динамическое программирование. //М.: Мир, 1969. -171 с.

8. Болтянский В.Г. Математические методы оптимального управления. ИМ.: Наука, 1969.-408 с.

9. Зайченко Ю.П. Исследование операций. ПК.: Высшая школа, 1975. -128с.

10. Зуховицкий О.И., Авдеева Л.И. Линейное и выпускное программирование. // М.: Наука, 1967. -234 с.

11. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. //М.: Мир, 1975.-534 с.

12. Зинер К. Геометрическое программирование и техническое проектирование. //М: Мир, 1973. 152 с.

13. Налимов В.В. Теории эксперимента. //М.: Наука, 1921. -236 с.

14. Пампуро В.И. Основные положения теории структурного анализа машин. //Киев: ИЭДАН УССР, 1988, препринт №- 558

15. Канцедалов В.Г., Берлявский Г.П., Гусев В.В. Комплексная система оперативного ультразвукового контроля и диагностики энергооборудования. //Электрические станции, 1998, №3

16. Злепко В.Ф., Канцедалов В.Г. Отраслевое информационное письмо ГНТУ Минэнерго СССР. Система интегральной оперативной диагностики состояния металла тепломеханического оборудования электростанций. //М, 1990

17. Непрерывный ультразвуковой автоматизированный контроль и диагностика работающего тепломеханического оборудования /Канцедалов В.Г., Берлявский Г.П., Злепко В.Ф. и др. //Электрические станции, 1995,№7

18. Индивидуальный оперативный контроль и диагностика металла паропроводов ТЭС, выработавших парковый ресурс / Канцедалов В.Г., Злепко В.Ф., Берлявский Т.П. и др. // Электрические станции, 1996, №4

19. Пампуро В.И. Принципы обеспечения гарантированной надежности энергетических систем с интеллектуальными информационными цепями.

20. Диагностика электроэнергетического оборудования с использованием микропроцессорных средств.

21. Киев: АН УССР, Институт электродинамики, 1990

22. Дьяков А.Ф., Канцедалов В.Г., Берлявский Т.П. Техническая диагностика, мониторинг и прогнозирование остаточного ресурса паропроводов электростанции. // Издательство МЭИ, 1998

23. Пампуро В.И. Надежность комбинированных энергетических систем с подсистемами диагностирования и контроля. Проблемы создания и использования возобновляемых источников энергии. //Киев: АН Украины, Институт электродинамики, 1991.

24. Пампуро В.И. Структурная информационная теория надежности систем. // К: Наукова думка, 1992

25. Обзор повреждении тепломеханического оборудования электростанций и тепловых сетей за 1999 г. // М.: ОРГРЭС, 2000

26. Перевалов Е.К. Возрастная структура оборудования ТЭС «ЕЭС России». // Электрические станции, 1998, №5

27. Канцедалов В.Г., Злепко В.Ф., Берлявский Г.П. Оперативный контроль и диагностика остаточного ресурса труб поверхностей нагрева котлов. // Электрические станции, 1995, №4

28. Канцедалов В.Г., Злепко В.Ф. Отраслевое информационное письмо ГНТУ Минэнерго СССР «Система интегральной оперативной диагностики состояния металла тепломеханического оборудования ТЭС». // М.: 1990

29. Водно-химические режимы и надежность металла энергоблоков 500 и 800 МВт (Под ред. Дорощука В.Е., Рубина В.Б.)// М.: Энергоиздат, 1981

30. Туляков Г.А., Скоробогатых В.Г., Гриневский В.В. Конструктивные материалы для энергомашиностроения. // М.: Машиностроение, 1991

31. Березина Т.Г., Ашихмина JI.A. Особенности структуры и характера разрушения гибов паропроводов из стали 12Х1МФ при работе в условиях ползучести //Теплоэнергетика, 1981, №10, с. 52-54

32. Кохненко В.А. Анализ и обработка частотных характеристик котельного и турбинного оборудования блоков 200 МВг. // Отчет МЭИ, Тема №115/88, 1988

33. Методические указания о порядке проведения работ при оценке остаточного ресурса пароперегревателей котлов электростанций РД-34.17.452-98. // М., ВТИ

34. Поливанов В.И., Рыков А.А., Берлявский ,Г.П., Канцедалов В.Г. Исследование и мониторинг трубопроводов питательной воды энергоблоков 160-800 МВт.

35. Электрические станции, №8, 200133. 0 возможности оценки ресурса гибов по ОСТ 108.031.08-85, ОСТ 108.031.10-85. //Тр. ЦКТИ,1994

36. РТМ 108.031.112-80 Метод оценки долговечности колен и трубопроводов.

37. Положение об оценке ресурса, порядок контроля и замены гибов необогреваемых труб котлов с рабочим давлением 10 и 14 Мпа, П. 34-70-005-85, //Москва, 1985

38. Непрерывный ультразвуковой автоматизированный контроль и диагностика работающего тепломеханического оборудования / Канцедалов В.Г., Берлявский Г.П., Злепко В.Ф., Гусев. В.В. //Электрические станции, 1995, №7

39. Канцедалов В.Г., Берлявскии Г.П., Гусев В.В. Комплексная система оперативного ультразвукового контроля и диагностики энергооборудования. // Электрические станции, 1998, №3

40. Паули В.К. О малозатратном механизме обеспечения эксплуатационной надежности котлоагрегатов ТЭС. // Э.С№7, 1992

41. Горбатых В.П. Коррозионный курс металла. // Теплоэнергетика, 1993, №7

42. Вайнман А.В. О водородном охрупчивании металла пароводяного тракта ТЭС.

43. В сб.: 8 Международная конференция по механике разрушенния металлов МКР-8. ч1. Киев, 1993

44. Смиян О.Д. Распределение водорода в зоне деформационных трещин // Журнал физической химии, 1980, №11

45. Балаховская М.Б., Давлятова J1.H. О работоспособности питательных трубопроводов из стали 15ГС.// Теплоэнергетика, 1981, №10

46. П-34-70-005-85. Положение об оценке ресурса, порядке контроля и замены гибов необогреваемых труб котлов с рабочим давлением 10 и 14 МПа. //М.,1985-157

47. Рыбаков В.К., Рыбаков А.В., Страхова В.А. О восстановлении и упрочнении деталей арматуры и вспомогательного оборудования ТЭС. //Энергия, №10, 1998

48. Хромченко Ф.А. Современная сварочно-термическая технология восстановления работоспособности элементов энергооборудования ТЭС. //Энергетик, №7, 1999

49. Орлов А.В., Самойлов А.Я., Трофимов Ю.В. К вопросу об определении дополнительных потерь, вызванных эксплуатацией устаревшего оборудования ТЭС. //Энергетик, №9, 1999

50. Белоусов B.C., Клюев Ю.Б., Комаров Л.В. и др. Оценка затрат на ремонт оборудования на предприятиях энергосистемы. // Э.С., №4, 1996

51. Паули В.К. К оценке надежности работы энергетического оборудования,

52. Теплоэнергетика, №12, 1996

53. Продление ресурсов ТЭС. // Сборник докладов на международной конференции, посвященной оценке остаточного ресурса и продления срока службы энергоблоков ТЭС, работ, на орг. топливе, №1, 2, 3. Москва, ВТИ, 1994