Главная   >>   Современная теплоэнергетика

Современная теплоэнергетика

12.3. Технология обеспечения и продления ресурса элементов энергетического оборудования

Предупреждение образования дефектов, ведущих к катастрофическим последствиям, начинается еще на этапе проектирования. Все оценки времени до появления трещин вследствие исчерпания длительной прочности металла ведут с учетом старения, т.е. ухудшенных характеристик по сравнению с теми, которые имеет металл новых деталей [для участка стабилизации (см. рис. 12.4)]. Проектирование ведется с большим, не менее чем 10-кратным запасом времени до разрушения. Цельнокованые роторы ЦВД и ЦСД турбин российских заводов выполняются с центральным каналом (рис. 12.6), необходимым для удаления наименее качественного металла, образующегося в середине слитка еще при его остывании в изложнице. Кроме того, полученный и тщательно зашлифованный канал позволяет средствами дефектоскопии тщательно проконтролировать его поверхность на наличие трещин и зон со свойствами, имеющими отклонения от нормы. Диаметр канала тщательно измеряют и последующее его увеличение при эксплуатации позволит контролировать его ползучесть.

Для обеспечения гарантированного расчетного срока службы все ответственные детали энергоблоков проходят тщательный поэтапный контроль и диагностику.

Например, для изготовления ротора его литье происходит в условиях вакуума для дегазации вредных газов, химический состав строго гарантируется для исключения таких элементов как сера и фосфор, придающих металлу склонность к хрупкому разрушению. Именно на этом этапе в значительной степени обеспечивается большая или меньшая склонность к высокотемпературному старению при последующей эксплуатации. Тщательно контролируемый режим остывания отливки обеспечивает равномерность свойств металла во всех ее зонах. После получения отливки для ротора, из нее изготавливается поковка, форма которой имеет осевую симметрию. Поковка проходит тщательный контроль на трещины, рыхлости, пустоты, осесимметричность механических свойств. При обнаружении недопустимых дефектов и отклонений от требований технических условий на изготовление поковка безжалостно бракуется и направляется на переплав. Отливка и ковка заготовки для ротора выполняются на металлургическом заводе, после выходного контроля на котором она поступает на турбинный завод. Здесь она подвергается входному контролю и из нее с соблюдением многочисленных мер контроля изготавливают ротор и облопачивают его.

При обнаружении дефектов и дефектных зон принимаются меры по их ликвидации (например, расточкой центрального канала). Если это оказывается невозможным, ротор бракуется.

После облопачивания ротор поступает в вакуумную разгонную камеру с прочными стенами. Он устанавливается на специальный балансировочный разгонный стенд, и его частота вращения доводится до 3300—3400 об/мин (если рабочая частота ротора турбины 3000 об/мин). Эта операция, наряду с динамической балансировкой, является последней проверкой качества изготовления ротора на заводе.

С началом эксплуатации ТЭС производится регулярный контроль и наблюдение за металлом основных деталей в соответствии со специальной обязательной инструкцией. Контролю и наблюдению подлежит металл практически всех основных деталей турбины, работающих при температуре 450 °С и выше. К перечисленным выше элементам, подлежащим контролю, следует добавить диафрагмы, сопловые коробки, крепеж (болты или шпильки фланцевых соединений), штоки стопорных и регулирующих клапанов, сварные швы. Контроль осуществляют визуальным осмотром с применением различных дефектоскопических методов, использованием металлографических микроскопов для исследования микроструктуры, испытаниями образцов на разрыв и ударную вязкость, измерением остаточных деформаций. Результаты контроля оформляются протоколами и актами, которые хранятся в книге капитальных ремонтов турбины. В результате к моменту достижения расчетного ресурса на каждый ротор имеется «история болезни», учитываемая при принятии решения о продлении ресурса.

Для конкретного энергоблока вопрос о продлении срока эксплуатации впервые возникает при достижении расчетного ресурса (обычно это 100 тыс. ч). При решении этого вопроса выполняется комплекс исследований основных элементов, включающий:

  • ретроспективный анализ режимов эксплуатации, анализ повреждений, восстановительных ремонтов, а также результатов анализа контроля металла за весь истекший срок эксплуатации;
  • дефектоскопию и неразрушающий контроль металла, позволяющий оценить размеры дефектов в нем;
  • исследование структуры и получение характеристик металла;
  • расчетную оценку накопленных повреждений в металле, основанную на анализе режимов эксплуатации и полученных фактических свойствах конкретных элементов энергоблока.

Впервые в нашей стране такой анализ с положительными результатами по всем пунктам, перечисленным выше, был выполнен при ведущей роли ВТИ в конце 70-х годов XX в. Полученные результаты анализа позволили продлить срок службы турбин К-300-240 ЛМЗ до 220 000 ч, а ХТЗ — 170 000 ч. Постепенное накопление данных по однотипным турбинам по мере эксплуатации позволяет установить парковый ресурс. Действующие сегодня значения парковых ресурсов для турбин различного типа, представлены в табл. 12.1.

Комментируя табл. 12.1, заметим, что поврежденность в металл ротора вносит не только длительная работа при высоких температурах и напряжениях, но и их пуски и остановки. При этих режимах в металле роторов, вследствие быстроменяющихся температур в проточной части возникают очень высокие температурные напряжения, приводящие к мало­цикловой усталости роторов: в кольцевых термокомпенсационных канавках на поверхности ротора возникают кольцевые трещины. При их значительной глубине ротор может хрупко разрушиться. Поэтому в табл. 12.1 приведены и ограничения по количеству пусков.

Далее, необходимо обратить внимание на то, что работающие турбины ЛМЗ мощностью 800 и 1200 МВт имеют парковый ресурс 100 тыс. ч. Это связано с двумя обстоятельствами. Первое — эти турбины сразу же проектировались на температуру свежего пара и промежуточного перегрева 540 °С, а не на 565 °С как турбины мощностью 300 и 200 МВт, что создало резерв долговечности и возможность существенного продления ресурса. Второе — парк этих турбин невелик, и только одна из них достигла расчетной наработки; поэтому говорить о парке турбин и парковом ресурсе нет смысла.

При достижении паркового ресурса эксплуатация оборудования может быть продлена после назначения индивидуального ресурса для конкретной турбины после проведения исследований, аналогичных тем, которые проводятся для определения паркового ресурса.