Наиболее распространенными последствиями отказов теплообменных аппаратов ПТУ являются отключение турбины, ограничение отпуска теплоты, снижение коэффициента готовности оборудования, снижение экономичности турбоустановки и, как следствие, увеличение удельных расходов топлива.
В связи с этим большое значение имеет оперативное устранение неисправностей аппаратов и профилактика отказов, которые производятся в системе технического обслуживания и ремонта.
Способность оборудования к эффективной работе в соответствии с требованиями нормативно-технической документации в течение всего срока эксплуатации зависит от качества технического обслуживания и ремонта по каждому узлу оборудования.
Приведем определения некоторых понятий, используемых в настоящей главе [19].
Система технического обслуживания и ремонта оборудования —совокупность взаимосвязанных элементов, документации и исполнителей, необходимых для поддержания и восстановления качества оборудования станций и сетей, входящего в эту систему.
Техническое обслуживание теплообменников—комплекс операций по поддержанию работоспособности или исправности изделия при использовании его по назначению, ожидании, хранении и транспортировке (ГОСТ 18322―78).
Ремонт—комплекс операций по восстановлению исправности или работоспособности изделий и восстановлению ресурсов изделий и их составных частей (ГОСТ 18322―78).
Ремонтопригодность—свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта (ГОСТ 27.002―89).
Система технического обслуживания и ремонта оборудования в общем случае включает в себя:
- техническое обслуживание оборудования;
- накопление и изучение опыта эксплуатации и ремонта, установление оптимальной периодичности и продолжительности проведения капитальных, средних и текущих ремонтов;
- внедрение прогрессивных форм организации и управления ремонтом с применением вычислительной техники;
- внедрение передовых методов ремонта, комплексной механизации и прогрессивной технологии;
- модернизация оборудования;
- широкое внедрение специализации ремонтных работ;
- контроль качества выполняемых работ в процессе ремонта и контроль качества отремонтированного оборудования;
- своевременное обеспечение ремонтных работ материалами, запчастями и комплектующим оборудованием;
- анализ параметров технического состояния оборудования до и после ремонта по результатам испытаний.
Техническое обслуживание и ремонт предусматривают выполнение комплекса работ, направленных на обеспечение исправного состояния оборудования, надежной и экономичной его эксплуатации, проводимых с определенной периодичностью и последовательностью при оптимальных трудовых и материальных затратах.
Модернизация действующего оборудования (модернизация)—изменение конструкции действующего оборудования, обеспечивающее улучшение его показателей назначения, повышение надежности, уменьшение энергетических, материальных затрат и трудовых ресурсов при эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте, а также возможности применения при эксплуатации более дешевых (недефицитных) видов топлива, сырья, материалов.
К основным видам работ, которые проводятся на станциях для восстановления работоспособности теплообменных аппаратов, относятся очистка и антикоррозионная обработка трубных досок и водяных камер; очистка внутренней и наружной поверхностей теплообменных трубок; восстановление герметичности соединений трубок с трубными досками; заглушка вышедших из строя трубок, а также их замена при капитальных ремонтах аппаратов очистка котлов от накипи. Ресурс между капитальными ремонтами должен быть не менее 40 000 ч.
11.2 Повреждаемость теплообменных аппаратов
Повреждаемость теплообменных аппаратов вызывается следующими основными процессами, имеющими место при эксплуатации.
Химические процессы:
§ общая коррозия (в присутствии окислителей);
§ ударная коррозия;
§ коррозия под воздействием агрессивных газов и растворимых веществ (углекислотная, аммиачная и др.);
§ коррозия под воздействием микроорганизмов (биологическая коррозия);
§ электрохимическая коррозия;
§ коррозионное растрескивание под напряжением.
Механические процессы, связанные с эрозией:
§ эрозия теплоносителем с механическими взвесями во внутритрубном пространстве (в большей степени характерна для конденсаторов);
§ эрозия капельно-ударная в межтрубном пространстве (характерна для конденсаторов и ПСГ, а также для сальникового подогревателя);
§ эрозия в результате воздействия относительно высокоскоростных и высокотемпературных потоков жидкости (характерна для ПВД).
Механические процессы, связанные с вибрацией:
§ фрикционный износ трубок в серединах пролетов или в области гибов при их соударениях, а также в зоне прохода через отверстия в промежуточных перегородках за счет вибрации трубок в потоке теплоносителя.
Термические процессы:
§ перегрев металла трубок выше допустимого, вызванный, например, неисправностью задвижек по пару при прекращении прокачивания нагреваемого теплоносителя, а также нарушением правил технической эксплуатации (ПТЭ);
§ стесненность термических расширений теплообменных трубок и как следствие появление в материале дополнительных напряжений.
Все отмеченные процессы могут усугубляться дефектами изготовления, монтажа и эксплуатации, такими как механические повреждения (задиры, царапины и т.д.) на наружной поверхности металла трубок при сборке, повреждения теплообменных трубок за счет попадания в паровое пространство аппаратов различных инородных предметов (фрагменты оторванных лопаток― в конденсаторе), а также возникновением в трубках при вальцевании напряжений кручения okohim.ru.
Результаты анализа отказов оборудования электростанций, выполненного за 20-летний период, по данным [69], позволяют сделать вывод, что в год происходит от 150 до 330 отказов в работе конденсаторов и другого вспомогательного теплообменного оборудования, из них от 35 до 60 % отказов приводят к останову турбин. Среди теплообменного оборудования турбоустановок наибольшую степень влияния на работу ПТУ имеют отказы конденсаторов. Затем следуют ПВД, сальниковые подогреватели и ПНД.
Рассмотрим отдельно по элементам, входящим в группу теплообменного оборудования, долю отказов, приходящихся на конкретный элемент, и основные причины, вызывающие отказ.
Конденсаторы. Доля отказов конденсационной установки в общем количестве отказов составляет в среднем 15, а вынужденные простои турбин ― 12 % от суммарной продолжительности простоев парка турбин [69]. Хотя в среднем частота отказов конденсационных установок занимает второе-третье место, на ряде электростанций их отказы случаются значительно чаще. Основными причинами отказов являются несвоевременная замена и очистка конденсаторных трубок; разрывы трубок из-за наличия в них технологических дефектов; старение металла трубок при длительной эксплуатации; образование трещин на трубках, а также некачественная вальцовка трубок на заводе; наличие значительных остаточных напряжений, не снятых при отжиге трубок; обесцинкование материала трубок при использовании латуни Л68; эрозионный износ трубок; разрывы водяной камеры конденсатора.
Подогреватели высокого давления. Надежность ПВД определяется наличием конструктивных недостатков: локальными высокими скоростями воды в змеевиках, приводящими к их эрозионному износу; неудовлетворительной конструкцией диафрагм в коллекторах; жестким креплением коллекторов с различной температурой теплоносителя; неудовлетворительной конструкцией уплотнений фланцевых разъемов ПВД, нарушением герметичности трубной системы вследствие исчерпания ресурса металла змеевиков. Наиболее частыми повреждениями ПВД являются дефекты ремонта: некачественная сварка угловых швов или уплотнительной мембраны, течи по фланцевым разъемам вследствие плохой их обтяжки.
Подогреватели низкого давления. Основными причинами отказов в работе ПНД являются вибрационные поломки (фрикционный износ трубок в зоне прохождения их через отверстия в промежуточных перегородках; усталостный излом трубок у трубных досок; фрикционный износ трубок в серединах больших пролетов и П-образных гибов за счет ударов и трения соседних трубок друг о друга и др.), эрозионно-коррозионные разрушения входных участков трубок; ослабление герметичности вальцованных соединений; нарушения в работе регуляторов уровня и воздухоотсасывающих устройств.
Маслоохладители. Отказы маслоохладителей происходят чаще всего по причине коррозионных разрушений теплообменных трубок, нарушений герметичности вальцованных соединений трубок с трубными досками, некоторых заводских дефектов изготовления и монтажа. При этом необходимо отметить, что отказы маслоохладителей приводят к серьезным экологическим последствиям. В зависимости от длительности эксплуатации обнаружено два пика выхода из строя маслоохладителей: в течение 1―3 лет после ввода в эксплуатацию в связи с отбраковкой заводских дефектов и через 10 лет из-за накопления эксплуатационных повреждений (что может быть связано с исчерпанием срока службы аппаратов).
Сетевые подогреватели. Отказы в работе горизонтальных сетевых подогревателей происходят в основном из-за дефектов вальцевания трубных пучков, а также из-за коррозионно-эрозионных повреждений трубных систем. Для вертикальных сетевых подогревателей наиболее характерны повреждения, возникающие в результате вибрации трубных систем.