В.Ю.Шадрин, Заместитель начальника Башкирского управления
Госгортехнадзора
России; Ф.Б.Ганиев, Директор НПП «Унитех»; Г.И. Рассохин, Начальник службы металлов и сварки ОАО «Башкирэнерго»
На сегодняшний день парк барабанов накопил предельную поврежденность. В ближайшее время перспектив на замену барабанов не предвидится. Поэтому необходима отработка технологических приемов ремонта барабанов с восстановлением их конструкционной прочности и ресурса.
В процессе длительной эксплуатации барабанов котлов высокого давления в них накапливается поврежденность в виде образования трещин, коррозионных язв, коррозионно-усталостного
поверхностного
растрескивания. Накопление повреждений определяется условиями эксплуатации и, главным образом, действием циклических нагрузок, приводящих к исчерпанию пластичности в зонах концентрации напряжений и появлению трещин.
В цилиндрической части барабана дефекты выявляются в виде радиальных трещин на внутренней поверхности обечайки в районе отверстий, трещин около швов приварки кронштейнов крепления внутрибарабанных устройств, язвин и цепочек язв на внутренней поверхности обечаек и поверхности отверстий. В днищах — трещины около швов приварки лапы затвора, трещины на внутренней поверхности в местах отбортовки штампованных днищ, в местах приварки заводских монтажных деталей. В штуцерах — продольные трещины на внутренней поверхности штуцера, трещины в сварных швах приварки штуцера к барабану. В основных сварных швах — трещины в кольцевых и продольных швах, а также в околошовной зоне соединений, непровары, поры, шлаковые включения и другие технологические дефекты сварки.
Возникающие дефекты, согласно действующим [2], должны удаляться. При удалении дефектов проектная толщина стенки уменьшается, диаметры отверстий увеличиваются, что влечет за собой уменьшение первоначальных коэффициентов прочности. В целом конструкционная прочность барабана снижается.
На сегодняшний день парк барабанов накопил предельную поврежденность. В ближайшее время перспектив на замену барабанов не предвидится. Поэтому необходима отработка технологических приемов ремонта барабанов с восстановлением их конструкционной прочности и ресурса.
В ОАО «Башкирэнерго» отработка таких приемов идет с 1983 года. Работы проводятся с привлечением специализированных организаций и под надзором Башкирского управления Госгортехнадзора России, где предварительно обсуждаются все новые технологии перед их согласованием НПО ЦНИИТМАШ. Работниками управления производится окончательная приемка выполненных работ и наблюдение за поведением отремонтированных барабанов в эксплуатации.
Существуют несколько способов ремонта барабанов паровых котлов:
1.
Выборка трещин без наплавки. Со снижением конструкционной прочности это позволяет временно решить вопрос эксплуатации барабана на ранних стадиях его износа, когда по результатам поверочного расчета еще возможна эксплуатация барабана на проектных параметрах.
2.
Выборка с наплавкой аустенитными электродами. Упрощает ремонт, т. к. при этом не требуется термообработка после сварки. Но, как показал опыт, такие наплавки не обладают длительной прочностью. При разнородности перлитного металла барабана с аустенитными наплавками в течение двух лет на границах перлита с аустенитом образуются термодиффузионные хрупкие прослойки, приводящие к растрескиванию металла.
3.
Выборка с наплавкой с использованием перлитного присадочного материала полуавтоматической наплавкой малыми валиками без термической обработки. Требует наличия специального оборудования, значительно увеличивает размер предварительных выборок, не позволяет производить наплавку протяженных выборок и выборок сложной формы. Не рекомендована [1,2].
4.
Выборка с наплавкой перлитными электродами с термической обработкой радиационным способом. Имеет низкий электрический КПД процесса, требует высокого расхода дорогостоящего нагревательного материала.
5.
Выборка с наплавкой перлитными электродами с последующей термической обработкой индукционным способом токами промышленной частоты. Требует громоздкого оборудования с высоким расходом медных индуктирующих кабелей большого сечения.
6.
Наиболее перспективным, на наш взгляд, методом восстановления ресурса барабанов является технология, в течение шести лет опробованная в ОАО «Башкирэнерго», включающая выборку дефектов независимо от размеров и заварку перлитными электродами с предварительным, сопутствующим подогревом и последующим высоким отпуском индукционным способом на средних частотах [3].
При этом термическую обработку по режиму высокого отпуска проводят на частотах 1400-2800 Гц с помощью оригинального термического комплекса, обеспечивающего практически весь спектр ремонтных и восстановительных работ, проводимых в условиях ТЭС. В состав комплекса входят: инверторный преобразователь частоты (ИПЧ) высокой мощности, малоиндукционный
среднечастотный
кабель, переносной блок нагрузки (БН), водоохлаждаемый индукционный токоподвод (ВИТ), гибкий водоохлаждаемый индукционный кабель (ВГИК), пульт управления и регистрации параметров процесса (ПУРПП), комплект
термопреобразователей
(ТП).
Комплекс изготовлен фирмой НПП «Унитех» по заданию службы металлов и сварки ОАО «Башкирэнерго».
Преобразователь частоты имеет гальваническую развязку выходного тока, что повышает электробезопасность установки, и позволяет изменять мощность и частоту рабочего тока. Изменение частоты рабочего тока и мощности позволяет оказывать влияние на глубину прогрева изделия в процессе термообработки с автоматическим заданием цикла термообработки.
Малоиндукционный среднечастотный кабель позволяет передавать рабочий ток (400 А) средней частоты от инверторного преобразователя частоты к блоку нагрузки, практически без потерь на большие расстояния, в условиях ТЭС не оказывая влияния на: обслуживающий персонал, окружающие металлические предметы, станционные системы автоматического управления технологическими процессами.
Блок нагрузки обеспечивает согласование нагрузочного контура термообрабатываемого изделия и инверторного источника питания.
Водоохлаждаемый индукционный токоподвод обеспечивает передачу контурных токов (3000 А) средней частоты и охлаждающей воды от блока нагрузки к индуктору.
Водоохлаждаемый гибкий индукционный кабель, обеспечивает равномерный индукционный нагрев термообрабатываемого крупногабаритного изделия сложной формы токами средней частоты и позволяет оптимально регулировать распределение температурного поля в процессе работы. Равномерность и оптимальная эффективность нагрева обеспечивается учетом в конструкции индуктора эффектов токов средней частоты: поверхностного эффекта; эффекта близости; кольцевого эффекта; эффекта взаимного влияния системы магнитопровод — индуктор, позволяющей управлять величиной и пространственным
положением энергии в термообрабатываемом
изделии.
Пульт управления и регистрации параметрами процесса осуществляет автоматическое задание, контроль, управление и регистрацию параметров термической обработки изделия.
Разработанный комплекс проходил апробацию в 1995 г. на Уфимской ТЭЦ-4 при восстановительном ремонте малого барабана котла ПК-10-2 ст. N7 с заваркой выборки в обечайке длиной 1260 мм, шириной 60-130 мм и глубиной 25-60 мм при толщине стенки 67 мм, материал барабана сталь 22К, год изготовления 1966. В связи с отсутствием необходимого термического оборудования ремонт малого барабана производился в 1983, 1988 и 1993 гг. по технологии выборки с последующей наплавкой электродами АНЖР-1, что обеспечивало лишь временное решение проблемы. В июле 1995 г. техническим советом ОАО «Башкирэнерго» было принято решение отремонтировать барабан с заваркой выборки, после удаления аустенитной наплавки электродами УО-НИ13/45 с последующим высоким отпуском в соответствии с рекомендациями [2]. В течение 6-ти лет барабан эксплуатируется без замечаний.
В период 1997 г. комплекс успешно применялся при восстановительных ремонтах барабанов паровых котлов БКЗ-320-140ГМ ст. N6 и 7 на Уфимской ТЭЦ-2.
Барабаны котлов изготовлены в 1965 г. из стали 16ГНМ, толщина стенки 90 мм, внутренний диаметр 1600 мм. В результате периодических выборок трещин в районе отверстий водоопускных, пароотводящих и паро-перепускных труб, удаленных механическим способом без последующей заварки, дальнейшая эксплуатация барабанов на номинальных параметрах стала невозможной.
Было принято решение провести ремонтную заварку всех выборок с предварительным сопутствующим подогревом и последующим высоким отпуском. При этом произведена замена штуцеров на усиленные. Технология ремонта была согласована с НПО «ЦНИИТМАШ». Термические работы проводились специализированным научно-производственным предприятием «Унитех» в период летнего планового ремонта. На фото представлен процесс термической обработки одной кольцевой зоны барабана.
По завершении работ результаты проведенного контроля показали высокое качество наплавки, сварки и термической обработки. В течение четырех лет барабаны эксплуатируются на номинальных параметрах. При плановом осмотре 1999 г. дефекты в наплавленном металле и основном барабане не выявлены [4].
В настоящее время восстановительные ремонтные работы проводятся на барабане парового котла ст. N1 Уфимской ТЭЦ-3. Котел ТП-230-2, 1949 г. выпуска, внутренний диаметр 1300 мм, толщина стенки 97 мм, марка материала 15М.
Аналогичные работы требуется провести также на 5-ти барабанах паровых котлов Уфимской ТЭЦ-3 и одного барабана Уфимской ТЭЦ-2.
Учитывая состояние парка барабанов и предстоящую в отрасли кампанию восстановления их ресурса, необходимо совершенствование нормативной, методической и технологической базы по выполнению этих работ.
По нашему мнению [2], регламентирующий порядок обследования и технологию ремонта барабанов требуют кардинальной переработки. В нем необходимо доработать процедуру обследования барабанов по фактическому их индивидуальному
состоянию с учетом условий эксплуатации. Особое внимание в нем должно быть уделено технологии восстановительного ремонта барабанов. При ремонте со сваркой и наплавкой в числе прочих должны быть даны рекомендации и по технологии предварительного и сопутствующего подогрева при сварке и термической обработки после сварки.
При пересмотре [2], безусловно, должен быть использован опыт, накопленный в энергосистемах страны, в том числе и опыт по восстановлению ресурса барабанов из различных марок сталей (22К, 16ГНМ, 15М) на электростанциях ОАО «Башкирэнерго».
Литература:
1.
Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. Утверждены Госгортехнадзором России 28.05.1993 г.
2.
Основные положения по обследованию и технологии ремонта барабанов котлов высокого давления из стали 16ГНМ, 16ГНМАи22 РД 34.26.608.
3. Обеспечение эксплуатационной надежности энергетического оборудования объектов котлонадзора в Уральском регионе. Ф.Б. Ганиев, В.Ф. Смоленков ,В. В. Атрощенко, Р. И. Габдюшев. Материалы научно-технического семинара «Стратегия продления и восстановления ресурса энергооборудования. Отечественные и зарубежные технологии. Санкт-Петербург,1995. С. 145-146.
4. Продление ресурса барабанов паровых котлов из ст. 22К и 16ГНМ, накопивших предельную поврежденность». Ф.Б. Ганиев, В.Ю. Шадрин, Г.И. Рассохин. Безопасность труда в промышленности. 2000. N1. С. 17-19.