автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Повышение живучести паропроводов ТЭС на основе совершенствования опорно-подвесной системы

На

правах рукописи

ДИТЯШЕВ Борис Дмитриевич Р Г В ОД

ПОВЫШЕНИЕ ЖИВУЧЕСТИ ПАРОПРОВОДОВ ТЭС НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ОПОРНО-ПОДВЕСЙОЙ СИСТЕМЫ

Специальность: 05.14.14 - Тепловые электрические станции

(тепловая часть)

СФ1

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 20001

Работа выполнена в фирме "ОРГРЭС" и Межотраслевом координационн« С овете «Живучесть ТЭС»

Научные руководители:

кандидат технических наук, доктор философских наук, Ю. Л. Израилев

кандидат технических наук А. Я. Копсов

Официальные оппоненты

доктор технических наук Ф. А. Хромченко

кандидат технических наук, профессор В.И. Шапин

Ведущая организация: ВНИИАМ

Защита диссертации на заседании диссертаций ственного энергетическою

:остоится 28 января 2000 г. в 11 часов иного Совета К 063.10.01 Ивановского Го суд; университета.

Отзывы в двух экзем: направлять по адресу:

153003 г. Иваново >{; (0952)385701.

илярах, заверенные печатью организации, проа л. Рабфаковская 34 Ученый Совет ИГЭУ, фа

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГЭУ.

Автореферат разосла

Ученый секретарь диссертационного Совета доктор технических нау

.В. Мошкарин

^ 2*0.5

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Актуальность темы. В настоящее время в условиях весьма ограниченного ввода новых мощностей доля ртареющих (исчерпавших парковый ресурс) ТЭС в общем количестве тепловых электростанций России значительна и постоянно увеличивается. Обеспечение общей продолжительности надежной и безопасной эксплуатации этих ТЭС в течение сорока и более лет требует специальных мероприятий по поддержанию их живучести. Опыт эксплуатации показывает, что к; наиболее опасному оборудованию ТЭС относятся паропроводы острого пара и горячего промперегрева. Повреждения их деталей и элементов происходит как за пределами паркового ресурса, так и до его исчерпания. Одна, из причин этого.- действие дополнительных, неучтенных при проектировании нагружающих факторов, связанных с работой опорно-подвесной системы (ОПС), даже при безусловном выполнении правил эксплуатации.

Следовательно эффективное решение проблемы стареющих- ТЭС невозможно без совершенствования ОПС, суть которого - определение "опасных", работающих с наибольшими напряжениями от всех нагружающих факторов деталей и элементов паропроводов, своевременное обнаружение возникающих дефектов, установление закономерностей их появления и разработка мероприятий по устранению причин, их вызывающих.

Таким образом, решение проблемы совершенствования ОПС паропроводов, с целью повышения их живучести является безусловно актуальным. Актуальность темы настоящей работы! подтверждается включением ее в отраслевую программу "Живучесть стареющих ТЭС", а полученных в процессе ее выполнения результатов - в нормативные отраслевые руководящие документы. |

Цель работы.

- разработка научно-технических и технологических основ совершенствования опорно-подвесной системы для повышения живучести находящихся в эксплуатации паропроводов.

Основные задачи работы:

- создание и совершенствований методики выявления деталей и элементов паропроводов, работающих'с наибольшими напряжениями от воздействия всех нагружающих факторов с учетом фактического состояния трассы и ОПС креплений паропроводов;

- обоснование повышения живучести деталей элементов паропроводов методом перераспределения действующих напряжений посредством воздействия на ОПС;

- разработка методов моделирования частичных и полных защ£ лений паропроводов и ОПС креплений для повышения точности опре; ления напряженного состояния паропроводов при проведении расчетов прочность и самокомпецсацию по их фактическому состоянию;

- разработка метода повышения живучести сварных соединен трубных элементов сложного профиля типа "труба-арматура", "тру< конусный переход"; |

- разработка рекомендаций по изменению норм допустимого не( ланса нагрузок ОПС паропроводов, находящихся в эксплуатации.

Научная новизна состоит в следующем:

I ^

- предложены новь|е эксплуатационные критерии надежной и б( аварийной работы паропроводов: критерий допускаемого суммарного I баланса реакций опор и родвесок; критерий оценки тепловых перемен ний паропроводов в пространстве, учитывающий режимы работы основн го оборудования;

- обоснованы принципы расчетного моделирования частичных полных защемлений паропроводов и ОПС креплений при проведении ра четов на прочность и самокомпенсацию;

- разработаны физические модели сварных соединений, повыша! щие достоверность расчетных результатов по учету действующих на да ли паропроводов усилий.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обесп

чена:

- учетом традиции I

тенденции отечественной энергетики;

— практическим опытом проверки основных положений данного и следования за последние 15 лет более чем на 30 электростанциях при ок зании им технической псмощи в эксплуатации паропроводов и ОПС I креплений;

- практическим опытом продления безаварийной эксплуатации п ропроводов на 60-70%;

- практическим опытом проведения анализа проектов вновь ввод] мых энергоблоков, опытом проведения монтажных и пуско-наладочнь работ по паропроводам, обработкой режимов работы паропроводов на п ловных и первых энергоблоках электростанций;

— анализом результатов расчетов на прочность и самокомпенсаци по фактическому состоянию трассы и ОПС более чем на 100 паропровод; электростанций.

Практическая ценность результатов исследования: _______обобщен двадцатипятилетний личный опыт диссертанта по решению проблемы обеспечения надежности паропроводов, их деталей и элементов за счет оптимизации опорно-подвесной системы креплений путем апробации новых расчетных систем с последующим включением ряда положений в действующие НТД по тематике паропроводов;

- создана методика определения деталей и элементов, работающих с наибольшими напряжениями от воздействия всех нагружающих факторов, с учетом фактического состояния трассы паропроводов и опорно-подвесной системы креплений, включенная в действующие отраслевые документы; ;

- разработаны рекомендации для!определения расчетных (контрольных) величин видимых тепловых перемещений паропроводов с учетом режимов эксплуатации.

- предложен и внедрён метод снижения возможности подгибки паропроводов при возникновении температурной неравномерности по периметру сечения; |

- разработаны и широко внедрены на ТЭС два типа новых конструкций разгружающих опор для повышения живучести сварных соединений сложного профиля, а также две конструкции опор для предотвращения подгибки паропроводов при возникновении коробления.

Апробация результатов исследования осуществлена на отраслевых совещаниях и конференциях: Всероссийское научно-техническое совещание «Продление ресурса сварных соединений трубопроводов и корпусного оборудования ТЭС» (ВТИ, Москва, 1994); Конференция руководящих работников и специалистов РАО «ЕЭС России» (Минтопэнерго РФ, Москва, 1994); Всероссийский семинар «Актуальные вопросы совершенствования эксплуатации энергетического оборудования электростанций и сетей» (ОРГРЭС, Москва, 1998); Всероссийский семинар «Повышение надежности паропроводов и арматуры ТЭС» (ВДНХ, Москва, 1998), Всероссийское «Совещание по проблемам надежности металла энергетического оборудования при техническом перевооружении и новом строительстве тепловых электростанций» (Белэнергомаш, Белгород, 1999).

Автор защищает:

- методику выявления испытывающих наибольшие напряжения деталей и элементов находящихся в эксплуатации паропроводов при их тепловых расширениях, учитывающую фактическое состояние трассы и ОПС;

- способ перераспределения действующих напряжений за счет совершенствования ОПС, обеспечивающий повышение живучести паропроводов; !

- новые критерии до! и подвесок и оценки теплош учитывающие режимы рабсг

- расчетные модели тации и модели сварных сор,

- новые конструкци]

пустимого суммарного небаланса реакций опо] ых перемещений паропроводов в пространстве ты оборудования;

защемлении паропроводов в условиях эксплуа :динений паропроводов;

[и опор паропроводов.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в публи кациях: статьи (9), сборники докладов (2), информационные сообщений (2), методические указания (4), авторское свидетельство (1), нормативно технические документы (3).

Структура и объем диссертации: диссертационная работа состоит из «Введения», четырёх глав и «Заключения», где содержатся основньк выводы диссертации, списка литературы (75 наименований). Общий o6beN работы 150 страниц машинописного текста, 56 рисунков, 12 таблиц и 2'. страниц приложения.

основное Содержание исследования.

Во введении излагается обоснование актуальности темы исследова ния, формулируются основные цели и задачи и намечаются основные пут! их решения. |

В первой главе дается анализ современного состояния проблемы Анализируются недостатку паропроводов и опорно-подвесной системь креплений, заложенные на стадии проектирования, рассматриваются на гружающие факторы, действующие на детали и элементы паропроводов ] на паропроводную систему в целом.

На живучесть деталей и элементов паропроводов оказывает влияши целый ряд нагружающих факторов. К ним в первую очередь относятся давление и температура рабочей среды, весовая нагрузка, реакции проме жуточных опор и подвесок, усилия от температурных расширений паро проводов, разность температур на внутренней и наружной поверхност] трубы при пусках и остановах оборудования, усилия, возникающие при ко роблениях паропроводов из-за неравномерности температур «верх-низ: трубы, частичные или полные защемления паропроводов и опорно подвесной системы креплений, неработоспособность опор или выключе ние из работы пружин подвесок, дополнительные воздействия за счет не

юработки основной расчетной схемы паропрово дов, а также воздействия за счет неправильных действий эксплуатацион ного персонала.

яза повреждаемости деталей и элементов паро

достаточной проектной пр

На основании аната

проводов можно сделать вывод, что от 21 до 24% повреждений происходи

из-за повышенных (непроектных) напряжений и к наиболее опасным, с точки зрения последствий (25% всех повреждений), относятся разрушения гибов и сварных соединений. Основная доля повышенных (непроектных) напряжений вызвана недостатками, связанными с работой опорно-подвесной системы креплений. |

Анализ напряженного состояния паропроводов, находящихся в эксплуатации, показал, что практически все паропроводы имеют участки с напряжениями, превышающими на 15-25% проектные значения. Около 10% этих паропроводов имеют участки с напряжениями, превышающими допускаемые для расчетного ресурса значения.

Следует отметить, что до появления современных программ (СТАРТ, РАМПА) при выполнении проектных'расчетов не учитывались реакции, возникающие при наклоне тяг подвесок, скользящие опоры задавались как пружинные опоры большой жесткости, что не соответствовало фактическому исполнению паропроводов и вносило существенную погрешность в расчеты. До настоящего времени при! проведении проектных расчетов в том случае, если эквивалентные (от всех нагружающих факторов) напряжения в наиболее напряженных точках о ЭКв превышали 1,5 [о], (где [о] -допускаемые напряжения), на расчетной ресурс вводилась холодная растяжка для снижения уровня напряжений от усилий самокомпенсации температурных расширений паропроводов. Холодная растяжка задавалась в расчетах методом смещения концевых участков паропроводов. Кроме того, в проектных данных на опоры и подвески в графе «Монтажное состояние» ошибочно указывались высоты пружин и реакции опор и подвесок, соответствующие холодному состоянию паропроводов. Все это приводило к несоответствию расчетных (проектных) и фактических напряжений, действующих в реальном паропроводе.

При реконструкции паропроводов и опорно-подвесных систем их креплений продолжает иметь место ¡использование элементов опорно-подвесной системы, эксплуатация которых выявила их ненадежность (кат-ково-пружинные опоры), не учитываются влияния ответвлений и пространственных смещений оборудования в местах присоединения к нему паропроводов, а также пространственные перемещения соседних трубопроводов, что нередко приводит к защемлениям.

При проведении контроля металла и ремонта паропроводов происходит замена тепловой изоляции (в последнее время на облегченную), что приводит к повышению напряжений от воздействия реакций опор в рабочем состоянии паропроводов. !

Нормативно-техническая база (инструкции, методические указания и т.д.), действующая ныне в отрасли, разрабатывалась с учетом расчетного срока службы паропроводов 100 тыс. чисов и не в полной степени удовлетворяет требованиям сегодняшнего дн:1 при эксплуатации паропроводов сверх этого расчетного срока службы.

7

В настоящее время изданы книги и статьи, посвященных расчетал. трубопроводных систем, проектированию паропроводов, их монтажу и на ладке. Так, регулировке эпорно-подвесных систем посвящены работь Н.Ф.Осиповского, Б.В.РудЬмино, Г.П.Ефименко, А.Д.Горешника; прочности трубопроводных систем с использованием для их расчетов ЭВМ -Д.Л.Костовецкого, В .Я., магалифа, Л .Я. Григорьева; проектированию -Б.В.Рудомино, А.И.Гуревича, Ю.Н.Ремзина; эксплуатации - Е.С.Захарова. Д.П.Елизарова, В.М.Вигака; надежности деталей и элементов паропроводов - В.А.Нахалова, И.И.Чечко, Ю.В.Балашова, А.Б. Попова и др. Большинство этих работ направлено на обеспечение эксплуатационной надежности паропроводов в пределах расчетного срока службы, однако в них не получили достаточного освещения вопросы, связанные с влиянием опорно-подвесных систем креплений на надежность паропроводов, эксплуатирующихся сверх расчетного ресурса.

Данное исследование восполняет этот пробел. Оно посвящено разработке научно-технических и технологических основ оптимизации опорно-подвесной системы для повышения живучести паропроводов, находящихся в эксплуатации сверх расчетного ресурса. В диссертации разработаны новые подходы и критерии к выполнению расчетов и наладки опорно-подвесных систем паропро зодов. Иллюстрацией обоснования возможности повышения безопасной и безаварийной эксплуатации паропроводов сверх расчетного ресурса за счет оптимизации опорно-подвесной системы может служить график (рис.1), где в правой части представлена зависимость максимальных эффективных напряжений а эфф четырех типоразмеров труб паропроводов от безразмерной величины а эфф / ст пр а в левой -выраженная в графическом виде зависимость допускаемых напряжений от времени эксплуатации:

1,1

а].1,1слл/1,5=/(х),

где Од п - значение условного предела длительной прочности; <тпр - приве-

денное напряжение в стенке Так, для паропровода из

трубы от внутреннего давления; -с- время, стали 12Х1МФ (диаметр 325 х 38 мм) ресурс 100 тыс. час. (точка 1) соответствует отношению сгэфф / стпр = 1,3 (точка 2). Для ресурса работы 200 тыс. час. (точка 3) это соотношение составит 1,12 (точка 4), что показывает возможность повышения дальнейшей работы паропровода до 200 тыс. часор за счет оптимизации опорно-подвесной системы, т.к.

где ст вн. - напряжение от весе

СТэфф ~/( ®пр, СТ вн.),

вой нагрузки и реакции опор.

По параметрам напряженного состояния автором предложена классификация паропроводов в зависимости от- объема выполнения необходимых минимальных работ для повышения живучести их деталей и элементов (табл. 1). |

. аэфф^ ТМПа

__________. аэфф/апр

™ 220 180 НО 1Ш М го 1,0 1,1 1,2 13 1,4 1,5 1,6 1,7 1.8 1,9 2,0*

Рис. 1.^Зависимость напряжённого состояния паропроводов "от величины сгэфф/апр

Таблица 1

Предлагаемая классификация паропроводов

Группа о эфф / О пр о ЭКВ. ! <* эфф. Необходимые меры

паро-

прово-

дов !

1-я 1,0-1,25 1,15-1,20 Нет необходимости в выполнении ] дополнительных мероприятий

2-я 1,26-1,4 1,15-1,36 Оптимизация опорно-подвесной системы (ОПС)

3-я 1,41-1,6 1,15-1,36 Частичная реконструкция ОПС с последующей оптимизацией

Г 1,41-1,6 1,37-1,8 Частичная реконструкция трассы паропро'водов и ОПС с последующей оптимизацией ОПС

Для уменьшения уровня максимальных напряжений, связанных ( предзатяжкой опорно-подвесной системы, предлагается заменить пружинь опор и подвесок на менее жесткие, т.е. установить вместо пружин с жест костью X = 70 мм пружины с X - 140 мм, поскольку жесткость опорно подвесной системы, содержащей пружины с X = 70 мм, соизмерима с жест костью самой трассы паропроводов.

В качестве примера на рис.2 ( точки 1" - 2") показано перемещение и: холодного состояния в рабочее паропровода диаметром 273 х 32 мм

имеющего пружины с X = ремещение за счет усилш (точка 1") при максимальн МПа. При установке пр> стояния в рабочее не изме:

70 мм. Это перемещение составляет 23 мм. Пе предзатяжки пружин при этом равняется 8 миом напряжении в холодном состоянии 7£ жин с X = 140 мм перемещение из холодного со-ыется и составляет те же 27 мм (точки 2"-3"), £ перемещение от предзатяжки пружин снижается до 4 мм (точка 3"). Максимальное напряжение при этом снижается до 43 МПа. Следовательно, для снижения действующих напряжений в холодном состоянии паропроводоЕ необходимо провести частичную реконструкцию опорно-подвесной системы, т.е. заменить установленные пружины с X = 70 мм на пружины меньшей жесткости. При этом максимальные напряжения в металле деталей и элементов паропровода в рабочем состоянии будут удовлетворять требованиям НТД.

Из приведенного англиза вытекают основные направления исследований по решению проблемы длительно эксплуатируемых паропроводов, они сформулированы выше.

Во второй главе изложена методика выявления деталей и элементов, находящихся, в длительной эксплуатации паропроводов, работающих с наибольшими напряжения! ли от воздействия следующих конструктивных и режимных факторов: давление и температура рабочей среды, весовая нагрузка, реакции опор и подвесок, усилия от температурных расширений, разность температур на внутренней и внешней поверхности трубы при пусках и остановах оборудования, усилия при короблении из-за неравномерности температур "низ|-верх", частичные или полные защемления, дополнительные воздействия за счет неправильных действий эксплуатационного персонала.

Основные этапы выполняемых по этой методике работ:

1. Анализ проектной, монтажно-сдаточной и эксплуатационной

документации (проектные ры и типоразмеры основно привязка опор и подвесс растяжки).

параметры рабочей среды, марки сталей, разме-й трассы и ответвлений, тепловые перемещения, к, сварных соединений, величина монтажной

ю

0325x38 мм 0273x32 мм 0219x25 мм 0133x17 мм

О монтажное состояние О холодное состояние V рабочее состояние

,=140

,=140

=140

а, Ь, с, £1 - пружин с Х-70 мм

различной жёсткости

а', Ь', с', - пружин с Х=г140 мм различной жёсткости

X, мм

35 30 25 20 15 10 5

Рис. 2. Вертикальные перемещения паропроводов в зависимости от жёсткости установленных пружин подвесок.

2. Обследование фактического технического состояния паропроводов и ОПС [составление ведомостей дефектов, проверка отсутствия защемлений).

3. Установление фактического исполнения трассы паропроводов и ОПС путем измерений параметров по п.1.

4. Анализ полученных в этапах 2,3 данных (составление в соответствии с фактическим состоянием конкретных расчетных моделей частичных или полных защемлений, моделей сварных соединений).

5. Разработка на основе данных этапов 2,3,4 конкретной расчетной схемы паропровода являющейся основным исходным материалом для выполнения расчетов на прочность и самокомпенсацию по фактическому состоянию паропровода и ОПС,

6. Проведение расчетов по программам, реализующим в полном объеме требования РТМ 24.038.08-72. Расчеты выполняются в двух вариантах.

6.1. Определение деталей и элементов трубопроводов, работающих с наибольшими напряжениями, а также наиболее нагруженных сварных соединений По этим результатам разрабатываются рекомендации по совершенствованию ОПС.

6.2. Определение индивидуального остаточного ресурса паропровода и его элементов с учетом результатов, полученных в п.6.1 и реализации рекомендаций.

Результаты выполненных на основе изложенной методики работ в дальнейшем используются:

- для проведения наладки ОПС;

- для контроля за тепловыми перемещениями паропроводов.

Во второй главе также приводится обоснование необходимости учёта влияния температурной неравномерности по периметру сечения паропроводов при проведении расчётов на прочность и самокомпенсацию. Показано, что температурная неравномерность по периметру сечения, возникающая при нарушениях режимов эксплуатации, является причиной возникновения коробления паропроводов и приводит к их подгибке и повреждениям задолго до исчерпания паркового ресурса. Приведен ряд примеров повреждений действующих паропроводов, происшедших из-за коробления паропроводов вследствие температурной неравномерности. Там же приводятся разработанные автором два типа конструкций опор для предотвращения подгибки паропроводов при возникновении температурной неравномерности по периметру сечения.

Во второй главе представлены также расчетные модели частичных и полных защемлений паропроводов и опорно-подвесных систем креплений, наиболее часто встречающихся на действующих паропроводах ТЭС. Эти

модели предназначены для включения их в расчетные схемы паропроводов с целью повышения точности и достоверности проводимых расчетов.

В третьей главе дается обоснование для введения нового критерия допускаемого суммарного небаланса (± 5%) реакций опор и подвесок опорно-подвесной системы паропроводов, находящихся в эксплуатации. Также приводится обоснование для введения нового значения критерия допускаемого небаланса нагрузок по каждой опоре в отдельности (± 15%).

До настоящего времени для паропроводов, находящихся в эксплуатации, учитывался небаланс нагрузок лишь по каждой отдельной опоре. Согласно требованиям «Методических указаний по наладке паропроводов ТЭС, находящихся в эксплуатации» (1931 г.), небаланс от рабочей нагрузки каждой опоры не должен превышать величину ± 25%. На основании результатов проведённых исследований показана необходимость введения для паропроводов, находящихся в эксплуатации, критерия суммарного небаланса рабочих нагрузок. При этом выбрано численное значение критерия допускаемого суммарного небаланса, обеспечивающее надёжную работу паропроводов до 30 и более лет.

Величина предложенного автором критерия допускаемого суммарного небаланса реакций опор и подвесок равна ± 5%, т.е.

А11% = ХК - д-1 . 100% < 5%,

где - сумма реакций опор паропроводов в рабочем состоянии (Н); ц -масса одного погонного метра паропровода, включающая массу тепловой изоляции и листового металла кожуха (кг/м); 1 - развернутая длина паропровода (м).

На рис.3 представлена зависимость значений максимальных напряжений в паропроводах от величины суммарного небаланса нагрузок.

На диаграмме I условно показаны небалансы нагрузок по каждой отдельной опоре по длине трассы (они не превышают ± 15%). Суммарный небаланс нагрузок составляет 4% (точка 1), что соответствует максимальному эквивалентному напряжению в металле паропровода соответствующему расчетному ресурсу 220 тыс. час. (точка 2).

При увеличении суммарного небаланса сверх 5% напряжения в металле паропровода соответствуют значительно меньшим значениям расчетного ресурса (для небаланса 7%, точка 3) - 100 тыс. час. (точка 4).

и

С, МП;

опор

"220 240

ТЫС. час.

Рис. 3 Зависимость напряжённого состояния паропроводов от суммарного небаланса реакций опор и подвесок.

Предложения по введению критерия по допускаемому суммарному небалансу нагрузок опор равного ± 5%, а также критерия по допускаемому небалансу нагрузки по каждой отдельной опоре, равного ± 15%, включены в новую редакцию «Методических указаний по наладке паропроводов ТЭС, находящихся в эксплуатации».

В третьей главе представлены также рекомендации по размещению опор и подвесок в зависимости от расположения сварных соединений. На основании анализа максимальных изгибных напряжений рекомендуется при проведении реконструкции паропроводов и опорно-подвесных систем креплений располагать опоры и подвески на расстоянии

1, »(0,12 + 0,25) 1Ц>

где: 1] - расстояние от сварного соединения до ближайшей опоры (м); 1ц -межопорньш интервал (м).

Согласно действующим нормам [«Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды»], опоры и подвески могут располагаться по трасе паропровода на расстоянии не менее 200 мм (-0,033 1и) от сварного соединения. Подобное расположение опор приводит к повышению уровня изгибных напряжений в металле сварных соединений. Предложенное относится в первую очередь к жестким тягам и скользящим опорам.

Введен новый критерий оценки тепловых перемещений паропроводов в пространстве

(Д;-Д^)< ± (10 +0,05 & I),

где: Л, - расчетное видимое перемещение вдоль оси 1, мм; Д,* - фактическое видимое перемещение вдоль оси ¡, мм.

Предложенный критерий позволяет более качественно производить анализ тепловых перемещений паропроводов (косвенный контроль напряженного состояния), что особенно актуально при их эксплуатации сверх паркового ресурса.

Даются также рекомендации для определения расчетных (контрольных) величин видимых тепловых перемещений паропроводов с учетом режимов эксплуатации.

Разработанные рекомендации позволяют оценивать напряженное состояние паропроводов в зависимости от режимов эксплуатации, т.к. в настоящее время в проектах указываются величины тепловых перемещений паропроводов только для базового режима всего оборудования электростанций; другие же варианты, а именно: пуск из неостывшего состояния котла или турбины, работа котла на переключающий коллектор, останов соседнего котла или турбины и т.д. не учитываются.

Приводятся примеры применения разработанных рекомендаций.

В четвертой главе представлен метод совершенствования опорно-подвесной системы креплений для снижения напряженного состояния в элементах паропроводов повышенной категории опасности (на примере сварных соединений). Данный метод является составной частью методики определения деталей и элементов паропроводов, работающих с наибольшими напряжениями от воздействия всех нагружающих факторов (см. главу 2). Он состоит из следующих этапов:

1. Разработка расчетной схемы паропровода с учетом фактического состояния трассы и опорно-подвесной системы креплений с включением в расчетную схему моделей частичных и полных защемлений паропроводов и опорно-подвесной системы, моделей сварных соединений в зависимости от конструкций и технологии их изготовления, фактических реакций опор и подвесок и весовых характеристик паропровода и тепловой изоляции. Проведение расчета.

2. Анализ напряженного состояния, расчетно-эксперимен-тальная оценка влияния нагрузок опор и подвесок на уровень напряжений в расчетных сечениях паропровода, выбор наиболее нагруженного сварного соединения (по отношению стд п/ <тэкв и зависимости стэкв от М;пг ). Здесь айп -предел длительной прочности при растяжении, кг/см2; Мизг - изгибающий момент, кгс см.

3. Проведение расчета с учетом устранения всех дефектов паропровода и опорно-подвесной системы, а также вновь установленной изоляции и жесткости фактически установленных пружин опор и подвесок.

4. Анализ напряженного состояния паропровода и выбранного сварного соединения (отношение од „/£тэкв. и зависимость стэкв от Мтг., отношение ст-,фф / стпр для выбора варианта, направленного на снижение действующих напряжений).

5. Разработка рекомендаций по снижению действующих напряжений (перераспределение реакций опор и подвесок, реконструкция ряда опор и подвесок, частичная реконструкция трассы паропровода с дальнейшей оптимизацией опорно-подвесной системы и т.д.). Проведение расчета с учетом разработанных рекомендаций.

6. Анализ напряженного состояния выбранного сварного соединения. Обоснование мер по повышению живучести данного сварного соединения за счет совершенствования опорно-подвесной системы. Основной критерий п = [о]/ оэи г 1,0 на заданный ресурс при фактических значениях рабочей температуры и рабочего давления, т.е. при п = > 1,0 обеспечен новый заданный ресурс данного сварного соединения.

7. Реализация разработанных по п.5 рекомендаций по повышению живучести выбранного (в соответствии с п.2) сварного соединения.

В четвёртой главе, кроме того, представлены расчётные модели сварных соединений в зависимости от их конструкции и технологии выполнения.

Приводятся примеры повышения живучести сварных соединений паропроводов; находящихся в эксплуатации ТЭС.

Представлен метод повышения живучести сварных соединений сложного профиля типа «труба - арматура», «труба - конусный переход». Метод основан на применении одного из двух типов конструкций разгружающих опор, разработанных автором.

Предлагаемые автором разгружающие опоры практически снимают воздействие на сварное соединение,изгибающих моментов (см. рис.4 кривая 1) и не препятствуют его свободному перемещению при температурном расширении. Конструкции опор выбираются в зависимости от величины теплового перемещения паропровода в месте их установки. Основные детали разгружающих опор в зависимости от типоразмера паропровода выполнены по ОСТ-80 «Опоры и подвески».

Сварные соединения сложного профиля сечения относятся к узлам с повышенной категорией опасности, что подтверждается анализом повреждений тепломеханического оборудования ТЭС. Сварные соединения типа «труба - арматура», «труба - конусный переход» наиболее чувствительны к воздействию изгибающих моментов. Для повышения живучести подобного типа сварных соединений необходимо устранить воздействие на них изгибающих моментов. Для этого предлагается замена установленных в непосредственной близости от указанных соединений опор (пружинной, скользящей, катковой, направляющей или катково-пружинной) на один из типов опор, предлагаемых автором.

На рис.4 представлены графики зависимости величины максимального изгибающего момента в сварном соединении от типа установленных опор. Наибольший изгибающий момент возникает от предзатяжки пружин подвесок, так как суммарная жесткость подвесок соизмерима с жесткостью самой трассы. Воздействие изгибающего момента начинается после срезки стяжек по завершению монтажа паропровода (-С1) и продолжается до начала пуска оборудования (т2). Направление действия максимального момента и его величина (в точке тэ на рис. 4) соответствуют рабочему состоянию оборудования. Как вид но из графика, установленная разгружающая опора практически полностью снимает воздействие максимального момента на сварное соединение сложного профиля как в холодном, так и в рабочем состояниях.

1 .М, кНхм

о о о о о о о о о Р5 \ % \ Л И п_3л \\ \\ "с, час

-0,1 -0,2 т.

I- разгружающая опора; И- скользящая опора; III- пружинная опора.

Рис. 4 Величины и направления действия моментов в зависимости от типа установленных опор.

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Результаты статистического анализа повреждений свидетельствуют о том, что на эксплуатационную повреждаемость элементов паропроводов ТЭС оказывает значительное влияние состояние их опорно-подвесной системы, вызывающее недопустимое повышение рабочих напряжений по сравнению с проектными.

2. Разработана расчетно-экспериментальная методика выявления элементов паропровода, эксплуатирующихся при наиболее высоких напряжениях. В методике учитывается комплексное влияние всех силовых факторов, в том числе: состояние опорно-подвесной системы после длительной эксплуатации, трассировка паропровода, защемления участков трассы и опорно-подвесной системы, а также влияние возможных короблений.

3. Разработан подход к совершенствованию опорно-подвесной системы (нагрузка, состав, расположение), направленный на снижение максимальных действующих напряжений в элементах повышенной категории опасности. Предложена расчетная модель сварного соединения паропроводных труб, основанная на учете влияния технологического и конструкционного факторов в.условиях эксплуатации при фактических нагрузках (учитываются неоднородность свойств и разнотолщинность элементов по зонам соединения).

4. Предложен критерий допускаемого суммарного небаланса нагрузок опорно-подвесной системы паропроводов, находящихся в эксплуатации. По результатам расчетно-экспериментальных исследований установлено значение допускаемого суммарного небаланса нагрузок ± 5% и ужесточен действующий в настоящее время допускаемый небаланс на отдельную опору с ± 25% до + 15%.

5. Разработаны рекомендации по определению расчетных (контрольных) значений тепловых перемещений паропроводов с учетом режимов эксплуатации. Предложен критерий оценки видимых тепловых перемещений паропроводов, находящихся в эксплуатации.

6. Предложен метод повышения живучести сварных соединений сложного профиля, основанный на применении разгружающей опоры нового типа, снижающей действие изгибающих моментов и обеспечивающей свободное осевое перемещение паропровода.

7. Предложен метод снижения возможности подгибки паропроводов при короблении, возникающем из-за температурной неравномерности по периметру сечения. Метод предусматривает применение специальных конструкций опор.

8. Разработан комплекс рекомендаций по снижению максимальных действующих напряжений в металле паропроводов, находящихся в эксплуатации. В указанный комплекс также вошли рекомендации по оптимизации и реконструкции опорно-подвесной системы и трассировки паропроводов.

9. Основные положения работы внедрены на более чем 30 ТЭС, что позволило заметно улучшить живучесть установленных на них паропроводов и увеличить ресурс их работы на 60-70%. Результат достигнут за счет снижения максимальных действующих напряжений вследствие оптимизации работы опорно-подвесных систем и учета действия фактических нагрузок.

10. Рекомендации, разработанные автором в главах 1-4, внесены в нормативно-технологические и руководящие отраслевые документы, в том числе в отраслевую систему «Живучесть стареющих ТЭС», в «Инструкцию по контролю и продлению срока службы металла котлов, турбин и паропроводов», в' «Методические указания по наладке паропроводов ТЭС, находящихся в эксплуатации», в «Методические указания по техническому диагностированию и продлению срока службы трубопроводов 2-й, 3-й и 4-й категории».

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях автора.

1. Из опыта освоения наладки паропроводов энергоблоков № 1-н9 Костромской ГРЭС / Б.Д.Дитяшев, Е.Ф. Коробейников., Л.Б. Коровин , Ю.А. Машков, А.И. Платов // «Электрические станции», № 7. 1999, с.43-47.

2. Дитяшев Б.Д., Попов А.Б., Шмачков В.Г. Роль обследований и расчетов паропроводов в продлении срока их эксплуатации. «Теплоэнергетика», № 11. 1999, с.54 — 57.

3. Попов А.Б., Дитяшев Б.Д. О надежности опорно-подвесной системы выходного коллектора КПП ВД. «Энергетик» № 5. М., 1998, с.12-14.

4. Попов А.Б, Дитяшев Б.Д. Работа металла выходного коллектора конвективного пароперенагревателя котла ТГМП- 314 в переходных режимах. «Электрические станции» № 6.1998, с.6-12.

5. Дитящев Б.Д. Выполнение поверочных расчетов паропроводов Ошской ТЭЦ. Союзтехэнерго № 44041 деп. Информэнерго, М.: 1978, 37 с.

6. Дитяшев Б.Д. Выполнение поверочных расчетов главных паропроводов ТЭЦ- ЗИЛ. Союзтехэнерго. № 44258 деп. в Информэнерго М.: 1978.

7. Дитяшев Б.Д., Чернышев С.А. Выполнение поверочных расчетов главных паропроводов Новокуйбышевской ТЭЦ-1. ОРГРЭС № 43004, деп. в Информэнерго. 1977, 93 с.

8. Осиповскнй Н.Ф., Дитяшев Б.Д., Чернышев С.А. Расчетная оценка напряженного состояния поврежденных гибов паропроводов с параметрами 100кгс/см 540°С, Дн=273 и 325 мм. Союзтехэнерго №43124 деп. в Информэнерго. 1977,39 с.

9. Дитяшев Б.Д., Чернышев С.А. Выполнение поверочных расчетов паропроводов свежего пара и горячего промперегрева блоков № 2 и № 3 Змиевской ГРЭС Харьковэнерго. ОРГРЭС № 42600 деп. в Информэнерго. 1976,65 с.

10. Дитяшев Б.Д. Продление ресурса сварных соединений трубопроводов и корпусного оборудования ТЭС // Всероссийское научно-техническое совещание. Материалы и исследования ВТИ. М.: 1994, с. 3645.

11. Дитяшев Б.Д. Техническое состояние трубопроводов тепловых электростанций // Конференция руководящих работников и специалистов РАО ЕЭС России. Минтопэнерго. М.: 1994, с.84-87.

12. Дитяшев Б.Д. Эксплуатация паропроводов, питательных линий и арматуры. Анализ работы энергетических блоков мощностью 150 - 1200 МВт за1981, 1982, 1983.и 1984 гг. СПО Союзтехэнерго. М.:1981-1985,40 с.

13. Дитяшев Б.Д. Состояние паропроводов и питательных трубопроводов ТЭС. Аварии. Обзор повреждений тепломеханического оборудования электростанций с поперечными связями (ТЭЦ и ГРЭС) и тепловых сетей за 1980, 1981, 1982,1983 и 1984 гг. СПО Союзтехэнерго. М.: 1980-1985, 80 с.

14. Дитяшев Б.Д. Методические указания по наладке паропроводов тепловых электростанций, находящихся в эксплуатации. МУ 34.70...98, СПО ОРГРЭС. М.:1999,61 с.

15. Дитяшев Б.Д. Раздел 4. Методические указания по техническому диагностированию и продлению срока службы трубопроводов 2-й, 3-й и 4-й категории. РД 10-2...98 СПО ОРГРЭС. М.: 1999, с.7-9.

16. Дитяшев Б.Д. Методические указания по приемке опорно-подвесной системы паропроводов после реконструкции и ремонта РД-10,-2. 99, СПО Союзтехэнерго. М.: 1999,19 с.

17. .Дитяшев Б.Д. Основные принципы предотвращения деформирования паропроводов при проведении ВТО. Межотраслевые руководящие указания по восстановительной термической обработке элементов теплоэнергетического оборудования, утвержденные РАО «ЕЭС России» и Гос-гортехнадзором РФ. М.: 1996, с.12-14.

18. .A.c. 1679121 (СССР). 1991. Опора трубопровода /Дитяшев Б.Д., Чеботарев О.М.

19. Дитяшев Б.Д. Трубопроводы и арматура (раздел 4) // Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ. СПО Союзтехэнерго. М.: 1996, с.84-86.

20. Дитяшев Б.Д. Трубопроводы и арматура (раздел 4.9) // Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. «Энергоатомиз-дат», М.: 1989, с.157-160.

21. Дитяшев Б.Д. Типовая инструкция^по осмотру питательных трубопроводов паровых котлов при техническом обслуживании. ТИ 34-70-06787. СПО Союзтехэнерго. М.: 1987,6 с.