Отказы и повреждения оборудования на ТЭС

В барабанах котлов происходят обрывы циклонов, дырчатых и жалюзийных листов, крепежа, которые, попадая в  отверстия водоопускных труб, перекрывают  их. Скорость движения пароводяной  среды в экранах снижается, металл труб перегревается и разрушается.

В экранах повреждаются сварные  швы, образуются свищи.

В котлах сверхкритического  давления трубы радиационных перегревателей повреждаются из-за высокотемпературной  коррозии, приводящей к значительному  износу стенок со стороны огневого обогрева. Это происходит при больших  тепловых нагрузках. К тепловым перекосам  приводит неравномерное поле температур по высоте газохода. При 6-8 м тепловая нагрузка верхней и нижней части  змеевиков может различаться  на 20% и более, а по ширине при неблагоприятных  условиях эксплуатации – до 30%.

Разрушение пароперегревателей объясняется тем, что при длительных наработках при t > 450⁰ С структура металла претерпевает изменения, снижается жаропрочность.

Ползучесть и сопровождающие ее повреждения труб появляются в  гибах интенсивнее, чем в прямых трубах. Это заставляет периодически менять отдельные элементы или целиком  ступени перегревателя.

За период от момента разгерметизации  из-за повреждения труб до снижения давления в котле, истекающая струя пара повреждает смежные трубы. Происходит развитие повреждения, в результате чего количество поврежденных труб может достигать 10 и более.

Отказы происходят от неравномерного расширения труб, неодинаковых весовых  нагрузок – сварные швы находятся  в сложно направленном состоянии.

К возникновению недопустимых напряжений в сварных швах и около  шовных зонах, вызывающих образование  трещин, обрывов креплений и труб приводят и резкие колебания нагрузок котлов.

Особое значение в обеспечении  надежности котлов имеют котельные  барабаны и гибы необогреваемых труб. Хотя надежности барабанов при проектировании, изготовлении, эксплуатации и ремонтах уделяется большое внимание, в  них часто возникают повреждения, приводящие к длительным остановкам котлов. Это – трещины, располагающиеся  в зоне трубных отверстий, в металле  цилиндрической части барабана, на внутренней поверхности днищ, в около  шовной зоне приварки внутрибарабанных устройств к корпусам, а также дефекты основных кольцевых и природных швов.

Основной причиной образования  повреждений является превышение действующими напряжениями предела текучести  материала, приводящее к появлению  остаточной деформации. Повышенные напряжения возникают из-за наличия разности температур по толщине стенки по периметру  и по длине барабана. Особое значение при этом имеют циклические теплосмены на поверхностных слоях металла  на внутренней стороне стенок при  резких сменах температуры. Эти нестандартные  режимы котла особенно опасны при  его пусках и остановах. Для выравнивания поля температур применяют водоструйный обогрев при растопках, впрыскивающий  при охлаждениях, термозащитные  экраны и пр.

Развитию трещин способствует действие на металл коррозийно-активной котловой воды. Она усиливает коррозийно- усталостные процессы в металле барабанов. Магнетитовая пленка, защищающая внутреннюю поверхность барабана, разрушается при больших местных напряжениях.

Наиболее опасны дефекты  в основных сварных швах – они  создаю опасность крупных разрушений. Чаще других встрещаются продольные и поперечные трещины в наплавленном шве на внутренней поверхности. Наблюдаются непровары, шлаковые включения, раковины, поры.

Необогреваемые трубы  находятся снаружи обмуровки. Любое  повреждение представляет опасность  для персонала и смежного оборудования.

На трубопроводах чаще всего повреждаются гибы. Здесь наблюдаются  коррозийно-усталостные повреждения. Недостаточная компенсация температурных  удлинений вызывает повышение напряжения. Гибы питательных, водоопускных и пароотводящих  труб разрушается хрупко, гибы паропроводов перегретого пара, работающие в услових ползучести, при разрушении деформируются.

Запорная, регулирующая и  дроссельная арматура характеризуется  дефектами в корпусах, неплотностями, износом штоков, повреждениями приводов, пропуском через сальниковые  уплотнения.

Главные предохранительные  клапаны отказывают из-за трещин в  корпусах, вмятин и забоин на уплотняющих  поверхностях седла и тарелки, трещин и рисок на спиральной пружине, эрозийных  повреждений защитной втулки, дефектов штоков.

Отказы котлов из-за поврежденной арматуры составляют 2-3% от общего числа  отказов.

Воздухоподогреватели коррозируют  при низких температурах при сжигании высокосернистых мазутов. Это приводит к полному износу труб в трубчатом  воздухоподогревателе и металлической  набивки в регенеративном. Повреждение  воздухоподогревателя приводит к остановке  котла и выводу его в ремонт. На вращающихся регенеративных воздухоподогревателях  повреждаются редукторы и подшипники ротора. Доля отказов воздухоподогревателей  составляет 2-3% от общего числа отказов.

 

Отказы в работе турбины.

Некоторые даже серьезные  повреждения некоторых деталей  турбин не приводят к отказам турбин в целом. Это относится к корпусам цилиндров, стопорных и регулирующих клапанов. Все они имеют большую  толщину стенок со сложным рельефом поверхности. При нарушениях технологии отливки и термообработки возникают  трещины, поры, раковины. Причинами  появления трещин при эксплуатации могут быть циклические нагрузки из-за вибрации и малоцикловая усталость.

Цилиндры низкого давления изготавливаются сварными из листового металла. Здесь может возникать эрозийный износ паром. Размеры повреждений невелики и быстроустранимы.

Корпуса стопорных и регулирующих клапанов выполняются литыми. Им присущи все пороки, которые характерны для отливок. Дефекты, возникающие при их эксплуатации – малоцикловая усталость, температурные перепады. Крупные трещины в корпусах деталях турбин представляют серьезную угрозу для работоспособности турбин и обслуживающего персонала. Возможно их мгновенное развитие с трудноопределимыми последствиями. Поэтому их устраняют во время плановых ремонтов.

Фланцы разъемов цилиндров, стопорных и регулирующих клапанов соединяются шпильками с гайками. Шпильки являются наиболее слабым звеном. Иногда обрываются сразу несколько шпилек. Турбину останавливают из-за угрозы пропаривания и износа поверхности фланца. Место обрыва чаще всего располагается на резьбе. Резьба может повреждаться при ремонте, при сборке и разборке.

 

Повреждения лопаток.

Здесь главный фактор – качество изготовления. Неполадки и повреждения лопаток – обрывы и эрозийный износ. Своевременная замена и ремонт лопаток с эрозийным износом исключает  возможность их хрупкого разрушения.

Рис. 3 Расположение поврежденной лопатки.

 

Поломки лопаток могут  возникать из-за плохих частотных  характеристик при неудовлетворительной настройке от аксиальных колебаний  системы диск – лопатка, при недостаточной  отстройке лопаток частоты возмущающей  силы или при работе лопаток в  резонанс на различных частотах. Это  конструктивные недоработки приводящие к отказам. Разрушение происходит по усталостным причинам. В некоторых случаях обрывы лопаток происходят  из-за несоответствия фактического профиля проектному. Встречаются отклонения в размерах сечения 1-2 мм и более. Естественно, прочности и частотные характеристики искажаются, и это может стать причиной отказа турбины.

В последних ступенях части низкого давления может возникать угроза повреждения рабочих лопаток из-за повышения влажности пара. Могут иметь место повреждения из-за плохого качества изготовления: не скруглены кромки у корня лопатки, недостаточная чистота обработки, пороки в металле.

На диафрагмах наряду с  повреждениями могут появляться трещины и другие механические повреждения. Кроме того в результате давления пара на диафрагму возникает прогиб, остаточная деформация которого на чугунных диафрагмах достигает 0,15-0,2 мм, на остальных  – 0,2-0,3 мм. Повреждение роторов обусловливаются  недостатками изготовления и нарушениями  режимов эксплуатации, приводящими  к появлению остаточного прогиба. Все они возникают при пусках и остановах турбин.

 

 

 

Рис. 4 Повреждения диафрагмы.

 

Недопустимая вибрация турбин может вызвать повреждения подшипников. Причиной вибрации является расцентровка или разбалансировка роторов, защемление стульев подшипника, неудовлетворительная заливка вкладышей. Снижение давления масла также приводит к повреждению подшипника. Засорение сетки посторонними предметами может быть причиной срыва работы главного маслонасоса. Повреждение вкладышей происходит даже при кратковременном падении давления масла – подплавление происходит через 4-5 оборотов ротора.

Особенно опасен для подшипников  пуск турбины с остаточным прогибом вала. Уже вскоре после пуска температура  в подшипниках повышается до недопустимого  уровня и вкладыши выплавляются.

В системе регулирования  повреждения возникают из-за усталостных  трещин на штоках регулирующих клапанов, на резьбе шпилек крепления сервомотора  отсечного клапана к корпусу  турбины, не сварных соединениях  труб, маслопроводов системы регулирования. Некоторые из них приводят к тяжелым  авариям – разгону турбины  и пожарам.

 

Отказы вспомогательного оборудования и систем регулирования.

Отказы котельно-вспомогательного оборудования происходят реже, чем  отказы на поверхности нагрева котла. Их доля составляет 20-22% от отказов всего  оборудования котельной.

Котельно-вспомогательное  оборудование	100%
Дымососы	35-40%
Дутьевой вентилятор	19-20%
Регенеративный воздухоподогреватель	18-20%
Шаровая мельница	10-12%
Молотковая мельница	4-5%
Питатели угля, транспортеры	3-14%

 

Наличие резерва обеспечивает большую безотказность по сравнению  с поверхностью нагрева. Профилактику и техобслуживание машин и  механизмов проходят в периоды снижения нагрузки.

Повреждение вспомогательного оборудования турбин: насосов, регенеративных подогревателей и других элементов  не всегда приводят к отказам в  работе турбогенератора. Так, при повреждениях ПВД отказы турбин находятся в предела 10%. При повреждениях питательных насосов из каждых 6-7 случаев только один приводит к отказу турбины.

Повреждения станционных  трубопроводов происходят в основном на паропроводах и питательных трубопроводах. Причинами повреждения паропроводов является исчерпание запаса жаропрочности  труб, гибов, тройников и других элементов  под действием высокой температуры  и при больших наработках времени  эксплуатации. У питательных трубопроводах  повреждения возникают на узлах  питания котлов за регулирующими  клапанами, где происходит недопустимое эрозионное утончение стенок труб питательной  водой нередко разрушаются гибы, причинами повреждения которых по большей части являются дефекты изготовления. На паропроводах ресурс жаропрочности гибов значительно меньше, чем ресурс прямых труб.

При неудовлетворительном состоянии  опор и подвесок, которыми паропроводы  крепятся к строительной части здания, возникают трещины в сварных  швах.

Отказы в работе автоматической системы регулирования и технологических  защит приводят к отказам теплоэнергетического оборудования. Здесь велики ошибки персонала при переключениях  и из-за неисправности элементов  устройств. 

Список используемой литературы:

1. Надежность теплоэнергетического оборудования ТЭС и АЭС: Учеб. пособие / Г.П. Гладышев, Р.З. Аминов, В.З. Гуревич – М.: Высш. Шк. 1991-303с.
2. Надежность систем энергетики / Ковалев В.В., Сеннова Е.В., Чельцов М.Б. – Новосибирск, Наука, 1999 – 434 с.
3. Китушин В.Г. Надежность энергетических систем Учеб. пособие – М.: Высш.шк. 1984 – 265 с.
4. Руденко Ю.Н., Ушаков И.А. Надежность систем энергетики – М.: Энергия. 1986 – 252 с.