Надежность теплоэнергетического оборудования ТЭС 7 страница

Магнитный контроль тепловой неравномерности поверхностей нагрева пароперегревательного тракта котлов.

Магнитный контроль тепловой неравномерности (МКТН) распространяется на котлы тепловых электрических станций, эксплуатирующиеся при температуре водяного пара 450 °С и выше и предназначен для выявления тепловой неравномерности поверхностей нагрева пароперегревательного тракта, изготовленных из углеродистой стали или из низколегированных теплоустойчивых сталей перлитного класса. Метод не распространяется на поверхности нагрева, изготовленные из плавниковых и ошипованных труб и из труб с плакирующим (наплавленным) слоем. Допускается применение магнитного метода для контроля тепловой неравномерности поверхностей нагрева, не относящихся к пароперегревательному тракту.

Основой магнитного контроля служит явление естественного намагничивания труб поверхностей нагрева при эксплуатации, получившее название температурный магнитный гистерезис (ТМГ). Магнитный контроль базируется на явлении ТМГ без применения искусственного намагничивания труб. Результаты магнитного контроля учитываются при разработке мероприятий для повышения эксплуатационной надежности и выборе мест для представительных вырезок с последующим металлографическим исследованием образцов труб для определения работоспособности, условий и срока дальнейшей эксплуатации поверхностей нагрева.

Магнитный контроль поверхностей нагрева проводят в период останова оборудования. Температура металла и окружающего воздуха в зоне контроля должна быть от +5 до +40 °С. Наружная поверхность труб должна быть очищена водой от отложений и пыли по всей длине. Ширина подготовленной под контроль зоны должна составлять не менее половины периметра трубы. Допустимая толщина отложений не более 1 мм. Если толщина отложений составит больше 1 мм, то их следует удалить инструментами из неферромагнитных материалов (молоток, скребок и т.п. из латуни, дюралюминия, стали аустенитного класса). Присутствие теплоносителя в трубах не оказывает влияние на результаты контроля.

При подготовке рабочего места запрещается касаться контролируемых труб ферромагнитными предметами. Во время магнитного контроля электродуговая сварка может вестись на удалении от зоны контроля не менее чем на 10 м. Магнитный контроль не проводят на трубах заглушенных, новых и с ремонтными вставками, испытавших после монтажа или ремонта менее трех температурных циклов: нагревание до рабочих и охлаждение до комнатных температур (от +5 до +40 °С).

Магнитный контроль следует проводить на всех трубах поверхности нагрева по всей длине и высоте (ширине) обогреваемой зоны. Гнутые отводы труб должны быть включены в контролируемый участок. При горизонтальной ориентации поверхности нагрева в пространстве контроль проводят по всей длине труб, при вертикальной ориентации допускается проведение контроля в нижней части поверхности нагрева в зоне гнутых отводов. Если расположение очага повреждений известно, то контролируют только часть труб, например все трубы первых змеевиков пакетов на входе и (или) выходе или участок труб, при этом координаты участка каждой трубы должны быть идентичны. Магнитный контроль не проводят на участках труб, находящихся на расстоянии менее 200 мм от труб других элементов, которые могут создать поле влияния на результаты измерений.

Магнитный контроль проводят продольным сканированием одной и той же образующей всех труб. Предпочтение следует отдать той образующей, сканирование которой позволяет пройти по внешнему обводу гнутого участка. При сканировании допускается отклонение от выбранного направления ±5°. Скорость сканирования должна быть такой, чтобы обеспечить надежную регистрацию максимального значения показаний магнитометра.

Магнитный контроль состоит из двух этапов. Сначала измеряют магнитный параметр М труб поверхности нагрева, а затем проводят обработку и анализ данных измерений.

Магнитный параметр измеряют в указанной далее последовательности.

1) Включают магнитометр.

2) Сканируют контролируемый участок первой трубы (номер присваивают трубам в соответствии с формуляром);

3) Записывают в таблицу максимальное из измеренных абсолютных значений магнитного параметра М₁ для первой трубы.

4) Сканируют контролируемый участок второй трубы.

5) Записывают в таблицу максимальное из измеренных абсолютных значений магнитного параметра М₂ для второй трубы.

6) Повторяют для всех остальных труб цикл измерения и записи информации.

Обработку и анализ осуществляют в указанной далее последовательности.

1) Рассчитывают среднее магнитное состояние в каждой из сторон поверхности нагрева (например, в потоках "А" и "Б") по формуле:

,

где n - количество контролируемых труб поверхности нагрева в потоках «А» и «Б».

2) Определяют разность средних магнитных состояний поверхности нагрева в потоках «А» и «Б» по формуле .

3) Рассчитывают тепловую неравномерность поверхности нагрева в градусах Цельсия по формуле

4) Проводят качественный анализ данных магнитного контроля поверхности нагрева. Тепловая неравномерность считается допустимой, если . При следует предложить соответствующим специалистам разработать и внедрить мероприятия по снижению тепловой неравномерности поверхности нагрева.

Измерение твердости металла

Контроль твердости металла переносными твердомерами непосредственно на объекте дает возможность оперативной косвенной оценки прочностных характеристик металла элементов энергооборудования без их повреждения.

К стандартным методам измерения твердости металлов относятся измерения твердости по Бринеллю, по Виккерсу и по Роквеллу. Допускается применять полученные по Бринеллю или по Виккерсу значения твердости для косвенной оценки механических характеристик металла . В качестве испытательной аппаратуры для определения характеристик твердости допускается использовать переносные приборы механического, физического и физико-механического действия. Погрешность измерения твердости прибором не должна превышать ±5%.

Поверхность испытуемого объекта в зоне измерения твердости должна быть сухой, чистой и свободной от краски и окисной пленки. При зачистке поверхности необходимо принять меры, исключающие изменение свойств металла из-за нагрева или наклепа. Шероховатость поверхности R_a после обработки должна соответствовать требованиям инструкции по эксплуатации прибора, но не должна превышать 1,25 мкм. Линейный размер зачищенной и подготовленной под контроль площадки должен составлять не менее 10 мм, за исключением случаев измерения твердости на криволинейных поверхностях малого радиуса.

При измерении твердости с помощью прибора статического вдавливания толщина испытуемого изделия должна быть не менее 8-кратной глубины отпечатка при использовании сферического индентора или конуса и полуторократной величины диагонали отпечатка при использовании четырехгранной пирамиды. При использовании прибора динамического вдавливания толщина испытуемого изделия должна составлять не менее 10 мм.

При измерении твердости поверхностного слоя его толщина должна быть не менее 1,3 диаметра отпечатка. При измерении твердости на криволинейных поверхностях радиус кривизны должен быть не менее 15 мм. Контроль твердости следует проводить при температуре металла, не выходящей за пределы 0°…+50 °С.

При использовании приборов механического действия необходимо обеспечить приложение действующего усилия перпендикулярно поверхности испытуемого изделия. На каждой контрольной площадке должно быть проведено не менее трех измерений. Величина твердости для каждой контрольной площадки определяется как среднеарифметическое значение результатов трех измерений.

При измерении твердости механическим вдавливанием (статическим или динамическим), после снятия нагрузки проводят измерение диаметра (или диагонали) отпечатка. Диаметр (или диагональ) отпечатка измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях и определяют как среднеарифметическое этих двух измерений.

Обработка результатов измерений проводится в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора. Результаты измерений (показания прибора) переводятся в величины твердости по градуировочным (переводным) таблицам или по соответствующим формулам.

Лекция 12. Микроструктурный мониторинг

Целью микроструктурного мониторинга является оценка основных характеристик микроструктуры металла в процессе эксплуатации оборудования. Технология мониторинга включает в себя определение мест контроля, подготовку шлифов, выборку микрообразцов или снятие реплик, металлографический анализ средствами оптической или электронной микроскопии.

Определение опасных зон элементов, из которых должны производиться выборки микрообразцов или снятие реплик, осуществляется на основании расчетов (максимальное исчерпание ресурса) и результатов предыдущего исследования методами УЗК, МПД, ВТК и ДАО-технологии. В трубопроводах обычно такими местами являются растянутая зона и переходы от изогнутой части гиба к прямым участкам, металл шва и прилегающий к нему основной металл сварных соединений.

Контроль микроповреждений на поверхности элементов в опасных зонах сначала производится на предварительно подготовленных площадках-шлифах с помощью переносного микроскопа или метода реплик. При подготовке шлифа удаляется верхний обезуглероженный слой толщиной около 1 мм, затем на поверхности производится многократное химическое травление и полировка. Размеры шлифа должны быть не менее 30´20 мм.

Реплики представляют собой отпечаток структурного рельефа исследуемой металлической поверхности. Для их изготовления применяют материалы в виде пленок на основе ацетатов целлюлозы. Сначала пленка увлажняется ацетоном и прижимается к исследуемой поверхности. После высыхания полученная реплика отделяется от поверхности шлифа, закрепляется на стекле скотчем рельефной поверхностью наружу и затем исследуется с помощью оптического микроскопа при увеличениях от ´50 до ´1000.

Ацетатная реплика воспроизводит все детали микроструктуры шлифа: границы зерен, выделения на границах, включения, трещины, поры. По разрешающей способности результаты исследования с помощью оптического микроскопа шлифов поверхности и реплик равноценны, каждый из них позволяет выявить дефекты размером до 0,1 мкм.

В зонах, где выявлены микродефекты, производится выборка микрообразцов методом электроэррозионной резки. Для анализа структуры металла обычно выбираются по два микрообразца размером 8´3´1,5 мм, смещенных относительно друг друга не менее чем на 40 мм. Глубина лунки, создаваемой при выборке микрообразца, не должна превышать 1,8 мм. Лунка удаляется мелкозернистым наждачным камнем с помощью шлифмашинки, в результате чего образуется плоская лыска размером 20-30 мм со сглаженными кромками. Толщина удаленного слоя не должна превышать 2 мм.

Допускается вырезать микропробы существенно малых размеров (толщиной менее 1,52 мм) способом электроэрозионной резки из спинки (растянутой зоны) гибов и из концентраторов напряжений при условии, что нормативные требования по прочности данных элементов не будут нарушены.

Определение химического состава стали элементов оборудования (например, с целью идентификации марки стали) допускается проводить путем отбора стружки сверлом или шабером.

Стружка для химического анализа отбирается с предварительно зачищенной механическим способом поверхности металла. Взятая стружка должна быть светлой без следов пережога. При отборе стружки засверловкой наносятся отверстия диаметром не более 6 мм для элементов с толщиной стенки до 20 мм и не более 10 мм для остальных элементов. Глубина отверстий не должна превышать 25% от толщины стенки элемента, но не должна превышать 8 мм. Расстояние между ближайшими кромками отверстий должно быть не менее 50 мм для элементов наружным диаметром до 100 мм, не менее 70 мм для элементов наружным диаметром до 150 мм и не менее 100 мм - для остальных элементов. Отверстия не должны быть расположены в один ряд. Последний отрезок сверления рекомендуется проходить сверлом со скругленной вершиной. Для определения содержания четырех - пяти элементов требуется не менее 10 г стружки. Для определения химического состава на спектроанализаторе рекомендуется выполнить микровыборку металла сколом или срезом. Площадь контрольной поверхности отобранного микрообразца должна составлять примерно не менее 1´1 см.

Отобранные микрообразцы и реплики исследуются на наличие и характер распределения неметаллических включений, определяется величина зерна, размеры и ориентация пор, наличие микротрещин. По результатам микроструктурного анализа оценивается категория повреждения микроструктуры металла (КПМ) согласно признакам, приведенным в табл.12.1.

Таблица 12.1.

Категории повреждения микроструктуры металла гибов паропроводов из сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф в процессе длительной эксплуатации

Изображения микроструктуры металла с помощью видеокамеры или цифрового фотоаппарата через насадку микроскопа регистрируются и записываются в память компьютера в виде рисунка стандартных форматов bmp или jpeg.

Контроль микроструктуры и микроповрежденности металла проводят обычно после монтажа и в период текущих, средних и капитальных ремонтов энергоблоков.

Вырезку микрообразцов проводят для элементов:

- после монтажа или замены элемента;

- после 100000 часов эксплуатации;

- после достижения расчетного ресурсаж

- далее каждый капитальный ремонт.

Контроль проводится в период капитальных, средних и текущих ремонтов. В период капитальных ремонтов контролируются все указанные элементы. В период средних и текущих ремонтов контролируются те элементы, информация о состоянии которых необходима для предварительного планирования работ, выполняемых при капитальных ремонтах.

Для исследования с помощью электроэрозионной установки вырезают по два образца из мест, подверженных наибольшим температурам и деформациям. У роторов турбин такими местами являются зона первой ступени, у паропроводов – их гибы. При необходимости также контролируются места, имеющие наибольшую статистическую частоту повреждений.

Для выявления микроповреждености порами ползучести основного металла и зон сварных соединений паропроводов и элементов другого оборудования, изготовленных из сталей перлитного класса, применяется многократная полировка и травление вырезанного образца. На образце чередование травления и полирования проводят до выявления пор при 5001000-кратных увеличениях микроскопа. Для получения чистой травленой поверхности предварительную и конечную обработку образца проводят чистым этиловым спиртом.

Участками исследования микроповрежденности прямых труб и гибов паропроводов служит их наружная и внутренняя поверхность в зонах наибольшего уровня напряжений. Участком исследования микроповрежденности сварных соединений служит металл шва, ЗТВ и основной металл.

Объемная доля пор , т.е. доля площади, занимаемой порами на образце (или реплике), рассчитывается по формуле:

,

где V_i - объем пор; V - объем металла; S_i - доля площади шлифа, занятая порами; S - площадь поверхности образца или реплики; S_F - исследуемая площадь образца или реплики; i…n - количество пор; - коэффициент сферичности отдельной поры; D_i и d_i - максимальный и минимальный размер поры соответственно.

Оценку стадии микроповрежденности металла порами ползучести для сталей перлитного класса проводят по «Шкале микроповрежденности сталей перлитного класса» (Приложение И), по «Шкале микроповрежденности металла центробежнолитых труб из стали 15Х1М1Ф» (Приложение К).

Стилоскопирование

Стилоскопирование является разновидностью спектрального анализа (СА) или спектроскопии, широко используемого для определения химического состава вещества. Анализ расположения и характера линий в определенных областях спектра дает возможность определить элементный состав материала (химический состав), а оценка их интенсивности - определить величину содержания отдельных элементов (марку материала) согласно рис. 12.1.

Рис. 12.1. Расположение линий основных элементов в различных областях спектра

Стилоскопирование применяется:

- при входном контроле оборудования (деталей, полуфабрикатов);

- при монтаже, ремонте и замене оборудования (узлов и деталей);

- при расследовании причин повреждений и аварий.

Стилоскопированию подвергаются:

- основной металл узлов, деталей, элементов, полуфабрикатов и т.п.;

- наплавленный металл сварных швов и наплавок;

- металл крепежа (шпилек, болтов, гаек и т.п.);

- металл деталей опорно-подвесной системы;

- сварочные материалы.

Для проведения спектрального анализа используются стационарная и переносная аппаратура (спектрографы, стилоскопы). Любая аппаратура включает два основных блока: электрический генератор дуги и искры и оптическую систему. Спектрографы и стилоскопы устроены одинаково, но различаются функциональными возможностями и конструктивным исполнением. В условиях ТЭС используются малогабаритные стационарные стилоскопы (СЛ-11, "СПЕКТР") и переносные стилоскопы (СЛП-1, СЛП-2, СЛУ). На стационарных стилоскопах, установленных в лабораториях, проводят анализ небольших деталей и проб (проволоки, стружки, сколов и т.п.). Переносные стилоскопы имеют раздельное исполнение блоков (генератора и оптики), что позволяет использовать их в различных условиях ТЭС (в цехах, в труднодоступных местах и т.п.), а конструкция оптической системы обеспечивает удобство проведения анализа на небольших участках крупногабаритных изделий. Стилоскопы комплектуются сменными железными и медными электродами. В процессе эксплуатации электроды обгорают, поэтому требуют зачистки и периодической замены. Для анализа сталей, применяемых на ТЭС, используются медные (медь марки MIT2) дисковые электроды.

Основными дополнительными принадлежностями для проведения спектрального анализа являются:

1) атлас спектральных линий (с критериями оценки интенсивности линий), составленный на образцах из анализируемых марок сталей (на железной основе с медным электродом);

2) дисперсная кривая, поставляемая заводом-изготовителем для данного стилоскопа (по ней определяют длину волны спектральной линии, фиксируемой в окуляре стилоскопа, при определенном положении регулятора поворота диспергирующей призмы);

3) комплект образцов (рекомендуется) примененных на ТЭС марок сталей (подтвержденный химическим анализом), по которым можно проводить сравнительный спектральный анализ в сложных случаях.

Для оценки интенсивности спектральных линий существуют два основных способа, фотометрический и визуальный. Фотометрический способ имеет несколько разновидностей от простейшего оптического клина до фотографического и фотоэлектрического. Визуальный способ наиболее простой, но менее точный.

В стилоскопах используется визуальный способ, при котором оценка интенсивности проводится путем прямого визуального сравнения спектральных линий (такой способ оценки зависит от опыта и качества зрения

Спектральный анализ, проводимый стилоскопами, является качественным (определяется наличие - присутствие данного элемента в материале) и полуколичественным (содержание элемента определяется с точностью ~20%). Поскольку стилоскопирование на ТЭС применяется, в основном, как контроль (подтверждение) соответствия регламентированных классов или марок сталей, такая точность анализа является допустимой.

Подготовка поверхности элемента заключается в удалении изоляции, очистке от окалины, грязи и отложений. Участок для проведения анализа (не менее 20x20 мм) обрабатывается механическим способом (зачищается) до «чистого» металла. На участке не должно быть глубоких рисок и чешуйчатости; желательно, чтобы он имел плоскую поверхность. Помимо участка для анализа, объект должен иметь подготовленный (зачищенный) участок для второго, «холодного» электрода.

Для стационарного стилоскопа месторасположение и размеры участка определяются формой и размерами обследуемой детали, для переносного стилоскопа месторасположение участка (не менее Æ10 мм) определяется формой поверхности и удобством проведения анализа.

Оценив присутствие и процентное содержание отдельных элементов, определяют марку стали по ее химическому составу. При определении только класса стали (углеродистая, легированная) можно ограничиться анализом нескольких характерных элементов.

При проведении стилоскопирования конкретных изделий следует руководствоваться следующим:

- трубы обязательно стилоскопируются с обоих концов;

- детали, имеющие шлифованную рабочую поверхность (лопатки турбин, зеркала тарелок арматуры, резьбовые участки крепежа и т.п.), стилоскопируются на участках, допускающих прижоги от дуги;

- сварные швы, выполненные двумя сварщиками, стилоскопируются со стороны каждого сварщика. Швы, выполненные одним сварщиком и одной партией электродов, стилоскопируются с одной позиции;

- сварочную проволоку стилоскопируют в форме пакета (скрутки), диаметром не менее 10 мм. Проволоку в бухтах (мотках) стилоскопируют с обоих концов;

- пробы металла (сколы, спилы, фрагменты) для стилоскопирования должны иметь массу не менее 50 г, стружку прессуют в брикеты (диаметром 10 мм).

По результатам спектрального анализа оформляется учетно-отчетная документация. Форма и содержание рабочих журналов и протоколов не регламентируются, но они должны соответствовать аналогичной документации, принятой в неразрушающем контроле.

В документации должны быть обязательно приведены следующие сведения:

- марка материала, предусмотренная проектом;

- подробные результаты анализа (процентное содержание каждого элемента);

- общая оценка результатов анализа.

С учетом качественного и полуколичественного характера анализа окончательная оценка результатов сводится к:

- определению соответствия анализируемой стали проектной;

- оценке класса стали (углеродистая, легированная и т.п.);

- определению типа марки стали (« сталь типа _______________»).

Лекция 13. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ КОНТРОЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ

Виды контроля

Проведение работ по контролю металла организует эксплуатирующая оборудование организация. Контроль выполняется лабораториями или специальными службами, являющимися структурными подразделениями генерирующих компаний, электростанций, ремонтных предприятий или иных привлеченных организаций, аттестованными в установленном порядке на проведение соответствующих работ.

В зависимости от назначения применяются следующие виды контроля:

- входной контроль;

- эксплуатационный (периодический) контроль;

- внеочередной контроль;

- контроль после отработки назначенного срока службы (ресурса).

Входной контроль металла элементов и узлов тепломеханического оборудования проводят до ввода его в эксплуатацию. Эксплуатационный (периодический) контроль металла оборудования проводят в плановом порядке во временном интервале с момента ввода его в эксплуатацию и до момента исчерпания назначенного срока службы (ресурса). Внеочередной контроль металла элементов оборудования проводят:

- при отказе котла, турбины или трубопровода из-за повреждения элемента;

- при обнаружении при освидетельствованиях или плановых ремонтах, или периодическом контроле недопустимых дефектов в металле оборудования;

- в случае забросов температуры выше предельно допустимых уровней согласно технической документации завода-изготовителя или (и) производственной инструкции по эксплуатации энергоустановки;

- при прочих нарушениях нормальных условий эксплуатации;

- после длительных простоев или консерваций;

- при необходимости по усмотрению государственного надзорного органа или эксплуатирующей организации.

Контроль металла после отработки назначенного срока службы (ресурса) проводят в рамках технического диагностирования по истечении указанного срока службы (или назначенного ресурса, или паркового ресурса) оборудования в целях назначения ему нового (дополнительного) срока службы (ресурса).

Входной контроль

Входной контроль металла производится на монтажных площадках. В исключительных случаях его допускается проводить в период монтажа оборудования. Входному контролю подлежит металл вновь вводимого оборудования, а также металл новых узлов и деталей, используемых при ремонте на эксплуатируемом оборудовании. Входной контроль проводится в целях:

а) проверки качества основного металла и сварных соединений оборудования и оценки их соответствия требованиям действующих в этой части нормативных и производственно-технических документов и настоящего стандарта.

б) получения исходных данных для сравнительной оценки (и анализа изменения) состояния металла по результатам последующего эксплуатационного контроля.

Контролируются следующие элементы тепломеханического оборудования:

Котел:

- барабан;

-трубы поверхностей нагрева;

- коллекторы и камеры диаметром 108 мм и более;

- необогреваемые трубы.

Станционные трубопроводы и трубопроводы турбины диаметром 108 мм и более:

- трубопроводы из углеродистой стадии;

- трубопроводы из легированной стали.

Корпуса арматуры и другие литые детали; шпильки, опоры, подвески, хребтовые балки:

- корпуса арматуры;

- шпильки;

- опоры и подвески из легированной стали;

- хребтовые балки.

Турбина:

- корпуса цилиндров, стопорных и регулирующих клапанов и сопловые коробки;

- шпильки.

Эксплуатационный контроль

Задача эксплуатационного контроля состоит в том, чтобы подтвердить или опровергнуть возможность дальнейшей эксплуатации элементов и узлов оборудования до момента проведения очередного контроля. Эксплуатационный контроль проводится, как правило, во время плановых остановов оборудования. Допускается смещение сроков контроля оборудования в большую или меньшую сторону на 5% от назначенного (паркового) ресурса или назначенного срока службы.

Решение о смещении сроков контроля для оборудования, не отработавшего назначенный (парковый) ресурс или назначенный срок службы, принимается техническим руководителем эксплуатирующей организации.

Для ГТУ допускается смещение сроков контроля до исчерпания паркового ресурса в следующих пределах: 25 пусков или 100 ч для пиковых; 20 пусков или 1000 ч для полупиковых и 3000 ч - для базовых ГТУ.