Инструкция по обследованию и технологии ремонта барабанов котлов высокого давления

Рисунок 1 - Трещины в зоне трубного отверстия

• трещины у швов приварки внутрибарабанных устройств (рисунок 2) и в местах удаления сборочных планок.

Рисунок 2 - Трещины у швов приварки внутрибарабанных устройств

Рисунок 3 - Трещины у шва приварки лапы лазового отверстия

• цепочки язвин, раковины, трещины на внутренней поверхности;

• трещины на поверхности лазового отверстия.

Рисунок 4 - Трещины в сварном шве приварки штуцера к барабану

1 - шлаковые включения в шве; 2 - трещина в шве; 3 - флюсовое включение в шве; 4 - трещины в околошовной зоне; 5 - несплавление кромок; 6 - непровар

Рисунок 5 - Дефекты в сварном соединении

Рисунок 6 - Местная выборка с плавными переходами

Рисунок 7 - Форма трубного отверстия, расточенного уступами для удаления поврежденного металла

7.2.1. Наплавка выполняется на наружную поверхность штуцера кольцевыми валиками по всей окружности штуцера с направлением швов от существующего сварного соединения штуцера с барабаном. Каждый последующий валик должен перекрывать предыдущий на 1/3 его ширины. В случае нахождения выборки в зоне металла шва сечение шва усиливается дополнительной подваркой валиками. После выполнения каждого валика удаляются шлак и брызги с поверхностей наплавленного металла и штуцера.

При положении оси штуцера, близком к горизонтальному, каждый валик наплавляется на штуцер в два приема по пол-окружности. При этом сварку следует начинать с нижней части штуцера и заканчивать вверху, обеспечивая качество замков каждого кольцевого валика.

7.2.2. Наплавка должна быть многослойной (количество слоев не менее двух), ширина валика не более 3 и высота не более +1,0 мм. Общая толщина наплавленного слоя должна составлять 1,5, где - глубина выборки в данном сечении штуцера или суммарно штуцера и шва его приварки к барабану (рисунок 8). Длина наплавленного слоя должна превышать протяженность выборки на 10-15 мм. В процессе наплавки проводится послойный визуальный контроль.

7.2.3. Валики должны быть выполнены с плавным переходом к основному металлу и предыдущему слою наплавленного металла.

7.2.4. Требования к качеству наплавленного металла должны соответствовать нормативам [3] и других НД.

7.3.1. В качестве бандажа используются втулки, изготовленные из труб или поковок, выполненных из стали 20 по техническим условиям или отраслевым стандартам соответственно. Высота втулки должна быть больше длины выборки по образующей штуцера на 10-15 мм. Толщина стенки втулки должна быть не менее расчетной толщины стенки штуцера.

7.3.2. Бандажирование штуцера можно проводить двумя способами.

По первому способу отрезается приваренная к штуцеру труба, и втулка надевается на штуцер до упора в сварной шов.

По второму способу бандажная втулка разрезается механическим способом по образующей на две половины. Ширина реза должна быть не более 3-4 мм; кромки обеих половин втулки вдоль образующей должны быть обработаны на скос (разделены) для обеспечения полного провара по толщине стенки. Две половины бандажа устанавливаются на штуцере, стягиваются до полного облегания штуцера и свариваются с полным проплавлением по толщине стенки.

Внутренняя поверхность бандажной втулки при ремонте по любому из двух указанных способов должна обрабатываться механически на токарном станке.

7.3.3. Перед бандажированием наружная поверхность штуцера и углового старого шва должна быть обработана абразивным инструментом до металлического блеска.

Примыкающий к угловому старому шву торец втулки должен иметь скошенную кромку на всю толщину стенки для обеспечения полного ее провара.

7.3.4. Бандажная втулка должна быть установлена на штуцер с зазором между втулкой и штуцером до (0,5±0,1) мм.

7.3.5. Бандажная втулка со стороны торцов приваривается сначала к угловому старому шву, а затем к штуцеру (рисунок 9) с обеспечением плавных переходов от кольцевых швов к основному металлу штуцера и угловому старому шву.

7.3.6. Поверхность каждого валика следует очищать от шлака с последующей очисткой металла швов, втулки, штуцера и прилегающих участков основного металла барабана шириной до 100 мм до металлического блеска с удалением брызг металла. Качество сварки при бандажировании проверяется визуально согласно нормативам [3] и других НД.

Рисунок 10 - Конструкция узла присоединения штуцера к барабану

Рисунок 11 - Конструкция узла присоединения штуцера с утолщенной стенкой

1-10 - последовательность наложения слоев (валиков);

мм; мм

Рисунок 12 - Конструкция узла присоединения к барабану штуцеров с внутренним диаметром более 100 мм:

а - без подкладного кольца; б - с подкладным кольцом

Рисунок 13 - Схема установки штуцера с внутренней подваркой

;

Рисунок 14 - Условия, при которых необходима наплавка в зоне примыкания штуцера

ПК - подкладное кольцо; НМ - наплавленный металл

Рисунок 15 - Наплавка на поверхность трубного отверстия

Рисунок 16 - Схема восстановительной наплавки отверстия по технологии "Уралэнергоремонт"

Рисунок 17 - Направление наложения валиков при многослойной наплавке

Для узких выборок наплавку следует выполнять путем облицовки ее поверхности (наплавка на свободную поверхность), как показано на рисунке 18, с последующим заполнением центральной оставшейся части выборки в виде стыкового шва.

Рисунок 18 - Порядок заварки выборки:

а - облицовка выборки; б - заполнение выборки

Каждый последующий валик должен перекрывать предыдущий на 1/3 его ширины. Заполнение выборки проводится с обеспечением выпуклости шва высотой 3-5 мм, которая после окончания сварки удаляется механическим способом.

При этом облицовку длинных (более 1000 мм) выборок следует начинать от середины к концам.

В процессе наплавки осуществляется визуальный контроль каждого наплавленного валика. Трещины, поры, подрезы, незаплавленные кратеры не допускаются.

10.5.1. При наплавке выборок без последующей термообработки количество наплавляемых участков на каждой обечайке и в продольных и кольцевых швах не ограничено при условии, что расстояние между границами соседних наплавок не менее трехкратной длины наибольшей выборки, но не менее 400 мм для барабанов из сталей 22К, 20К, 20Б, 16М, 15М и не менее 1000 мм - для барабанов из сталей 16ГНМ и 16ГНМА.

10.5.2. Наплавка без последующей термообработки допускается при условии, что для каждой пары выборок, расположенных друг от друга на расстоянии менее 600 мм для барабанов из сталей 22К, 20К, 20Б, 16М, 15М и менее 1400 мм - для барабанов из сталей 16ГНМ и 16ГНМА, общий объем наплавленного металла не превышает 300 см при максимальной глубине выборок не более 35% толщины стенки барабана.

Примечание - Расстояние определяется с учетом наплавок, выполненных в период предыдущих ремонтов.

1 - места расположения термопар; 2 - участок местной термообработки; 3 - термопары у лазового отверстия

Рисунок 19 - Схема расположения термопар при местной термообработке:

а - в цилиндрической части барабана; б - у днища барабана

1.1. Настоящие Методические рекомендации определяют порядок поверочного расчета на прочность отремонтированных котельных барабанов, изготовленных из углеродистых и легированных сталей. По результатам поверочного расчета устанавливается возможность эксплуатации барабана при номинальном (расчетном) давлении или определяется наибольшее рабочее давление, при котором может быть допущена дальнейшая эксплуатация отремонтированного барабана.

1.2. Поверочному расчету на прочность подлежат те элементы барабана (обечайка, днища, штуцера), из которых были удалены дефектные участки металла.

1.3. Допустимое рабочее давление принимается равным наименьшему из значений, определенному для каждого из проверенных элементов (обечаек, днищ и штуцеров).

1.4. Номинальное рабочее давление без проведения поверочного расчета может быть сохранено в следующих случаях:

• при повреждениях в виде язвин, раковин или рисок глубиной не более 3 мм, расположенных от кромки ближайшего отверстия на расстоянии не менее диаметра отверстия;

• при скруглении кромок отверстий на внутренней поверхности барабана радиусом до 10 мм;

• при заварке выборок и наплавке отверстий до номинальных размеров для обечаек и днищ барабанов из стали 16ГНМ (16ГНМА) при использовании сварочных материалов, обеспечивающих значение предела текучести наплавленного металла при температуре 350 °С не менее 250 МПа, а для обечаек и днищ барабанов из сталей 22К (20К), 16М (15М) при использовании сварочных материалов, обеспечивающих значение предела текучести наплавленного металла при температуре 320 °С не менее 180 МПа;

• при наружной кольцевой наплавке штуцеров, если объем наплавленного металла будет не менее объема удаленного дефектного металла штуцера;

• при установке на штуцер укрепляющей наружной втулки с плотной посадкой на штуцер, если толщина стенки втулки будет не менее глубины поврежденного участка штуцера.

1.5. Если при ремонте барабана применяется бандажирование, то поверочный расчет на прочность производится экспертной организацией в установленном порядке.

1.6. Во всех случаях расчет производится по наибольшей глубине выборки. Допускается определение длины и ширины выборки по фактической площади поперечного сечения выборки:

;  .

3.1. Допустимое рабочее давление в цилиндрической части барабана определяется по формуле:

.

3.2. Допускаемое напряжение принимается согласно [2]. Для барабанов котлов, проекты которых закончены до 01.04.1977 г., допускаемое напряжение при поверочных расчетах принимается:

• для барабанов из стали 16ГНМ =173 МПа. При изготовлении барабанов из листов с гарантированным пределом текучести при температуре 350 °С не ниже 270 МПа разрешается принимать =180 МПа;

• для барабанов из сталей 22К, 16М и других аналогичных марок сталей равным минимальному пределу текучести, указанному в паспорте котла, при рабочей температуре, деленному на коэффициент запаса прочности 1,5, но не более 130 МПа.

В случае определения фактических свойств металла барабана путем вырезки "пробки" и последующего испытания образцов допускаемое напряжение определяется фактическим значением предела текучести наименее прочной обечайки при расчетной температуре, деленным на коэффициент запаса прочности 1,5.

В особых случаях, не указанных в настоящей Инструкции, решение о выборе допускаемых напряжений согласовывается экспертной организацией в установленном порядке.

3.3. Коэффициент прочности обечаек после ремонта определяется по приведенным ниже формулам в зависимости от размеров дефектных участков и расположения их на барабане.

4.1. Допустимое рабочее давление в днищах барабана после ремонта определяется в зависимости от размеров и места расположения дефектного участка по отношению к отверстию лаза или цилиндрическому борту.

4.2. Если кромки выборки находятся от кромки отверстия лаза на расстоянии, равном или меньшем , то допустимое рабочее давление определяется по формулам пп.4.3.2.2, 4,3.2.3 [2] при значении толщины стенки, оставшейся после ремонта.

4.3. Если кромка выборки находится от кромки отверстия лаза на расстоянии, большем , то допустимое рабочее давление определяется по формулам пп.3.1, 3.3.3 настоящих Методических рекомендаций.

4.4. Допускаемое напряжение принимается согласно п.3.2 настоящих Методических рекомендаций.

4.5. В днищах допускается рассверловка новых отверстий с приваркой глухого штуцера по наружной или внутренней сторонам или с установкой затвора, если расстояние между кромками нового отверстия и лаза будет составлять не менее .

Поверочный расчет на прочность в этом случае согласовывается с экспертной организацией в установленном порядке.

5.1. Оставшаяся после ремонта толщина стенки штуцера на участке, расположенном за сварным швом, соединяющим штуцер с барабаном, не должна быть меньше толщины , требующейся по расчету, выполненному в соответствии с [2] для установленного рабочего давления.

5.2. Оставшаяся после ремонта толщина стенки штуцера на участке сварного шва должна быть не менее 5 мм для штуцеров диаметром не более 130 мм и 7 мм для штуцеров диаметром до 150 мм.

5.3. Допускаются скругление внутренней кромки штуцера или снятие фаски от наружной кромки штуцера к внутренней поверхности под углом не более 45°.

5.4. Штуцера, не удовлетворяющие приведенным выше требованиям, должны быть усилены (наплавкой, бандажами) или заменены новыми.

2.1. Настоящие Методические рекомендации распространяются на барабаны котлов, изготовленные из стали отечественных марок, после проведения ремонтно-восстановительных операций с использованием сварки без последующей термообработки. Расчет барабанов, изготовленных из стали иностранных марок, должен выполняться экспертной организацией.

2.2. Основные положения настоящих Методических рекомендаций базируются на подходах к расчету сопротивления хрупкому и квазихрупкому разрушению энергетического оборудования в процессе эксплуатации ТЭС и АЭС.

2.3. Расчет проводится по критерию предельно допустимых значений коэффициента интенсивности условно-упругих напряжений для режима гидроиспытаний барабана.

2.4. Температура гидроиспытаний барабана определяется путем сопоставления расчетного значения коэффициента интенсивности напряжений (КИН) с предельно допустимым его значением.

2.5. Основными характеристиками материала, используемыми в расчете, являются критический коэффициент интенсивности условно-упругих напряжений , критическая температура хрупкости , а также предел прочности и предел текучести металла. При отсутствии данных о фактических свойствах металла (, и ) допускается выполнять расчет с помощью корреляционных зависимостей между твердостью металла и пределом текучести. В этом случае расчет должен быть согласован с экспертной организацией

.

2.6. Расчет проводится после выполнения обследования и ремонта барабана, включающих измерение геометрических параметров всех выборок (заплавленных и незаплавленных) и послеремонтный контроль качества.

2.7. Поверочный расчет по определению допустимой температуры гидроиспытаний барабана необходимо проводить при условии выполнения ремонтных наплавок в значительном объеме без последующей (послесварочной) термообработки в следующих случаях:

• наплавка на отдельном мостике захватывает всю его протяженность;

• максимальная глубина выборки под наплавку превышает 25% толщины стенки барабана (независимо от протяженности и места расположения этой наплавки);

• суммарная протяженность ремонтных наплавок для трех или более смежных мостиков между отверстиями захватывает более половины общей протяженности таких мостиков, а максимальная глубина выборок под эти наплавки составляет более 10 мм;

• ремонтная наплавка, располагающаяся в зоне основного сварного соединения или одиночного отверстия барабана, имеет протяженность более 300 мм при максимальной глубине соответствующей выборки более 15 мм;

• группа наплавок в зоне основного сварного соединения или одиночного отверстия (диаметр 50 мм) имеет протяженность более 20% длины полученного шва или более двух диаметров такого отверстия при максимальной глубине соответствующих выборок более 10 мм.

Примечание - Две или более смежные наплавки (выборки) образуют группу, если расстояние между их ближайшими кромками составляет менее двукратного размера наибольшей наплавки (выборки) в рассматриваемом направлении или менее .

3.1. Выборка аппроксимируется поверхностным дефектом полуэллиптической формы. Полуоси эллипса по поверхности обечайки и в глубину соответствуют длине () и глубине выборки (дефекта) - рисунок В.1.

3.2. За расчетное направление принимается, как правило, направление, перпендикулярное оси действия максимальных растягивающих напряжений. В зависимости от конкретной системы отверстий и соответственно ориентации мостиков в качестве расчетного может выступать продольное или поперечное направление, а также направление под углом к продольной оси барабана.

3.3. Протяженная выборка () аппроксимируется правильным полуэллипсом, большая ось которого равняется максимальной протяженности выборки в расчетном направлении (), а малая ось равняется максимальной глубине выборки - см. рисунок В.1,.

Если выборка имеет значительную глубину при относительно небольшой длине (), то такая выборка аппроксимируется дефектом с соотношением полуосей и с центром полуэллипса напротив точки максимальной глубины выборки - см. рисунок В.1,.

Если при этом выборка имеет заведомо несимметричный профиль, аппроксимация производится аналогичным образом, и тогда центр схематичного дефекта оказывается смещенным относительно точки максимальной глубины фактической выборки - см. рисунок В.1,.

Аппроксимация выборки, выходящей на поверхность отверстия, выполняется полуэллипсом, касающимся кромки отверстия. При этом малая полуось эллипса соответствует максимальной глубине выборки, а большая ось - максимальной протяженности выборки , если . Если , то большая ось полуэллипса принимается из условия - см. рисунок В.1, . Указанная схематизация допустима, если между максимальным размером выборки по поверхности отверстия и максимальной общей ее глубиной выполняется соотношение . В противном случае поверочный расчет по определению допустимой температуры гидроиспытаний должна выполнять экспертная

организация.

3.4. Скопление рядом расположенных выборок объединяется в одну группу и аппроксимируется общим полуэллипсом, если расстояние между кромками соседних выборок в расчетном направлении составляет менее двукратного размера наибольшей выборки в этом направлении или менее - рисунок В.2.

4.1. Коэффициент интенсивности напряжений (КИН) определяют численно или аналитически. Допускается определять КИН по формуле

,

где - коэффициент, учитывающий влияние концентрации напряжений;

- составляющая напряжений растяжения;

- составляющая изгибных напряжений;

; ; ( - длина зоны, в пределах которой составляющая изгибных напряжений сохраняет положительное значение);

Формулой допускается пользоваться при и .

4.2. Составляющую напряжений растяжения определяют по формуле:

,

где - координата;

- толщина стенки в расчетном сечении;

- функция изменения напряжений по толщине стенки.

Значение составляющей напряжений изгиба определяют по формуле

,

где - значение функции изменения напряжений по толщине стенки в точке .

4.3. При расчете КИН для режима гидроиспытаний допускается распределение напряжений по толщине стенки аппроксимировать линейной функцией. Тогда параметр .

4.4. При расчете зон, где отсутствует концентрация напряжений, принимают =1.

Для зон, содержащих концентратор напряжений, допускается применять следующую упрощенную схему выбора коэффициента .

4.5. Допускается определение напряжений для расчета КИН выполнять по упрощенным методикам при условии, что в их основу положены заведомо консервативные предположения.

5.1. Расчет проводится с использованием методов линейной и нелинейной механики разрушения.

В хрупкой области расчет базируется на температурной зависимости критического КИН (вязкости разрушения) от приведенной температуры , где - критическая температура хрупкости металла.

В квазихрупкой и вязкой областях расчет ведется с использованием критического коэффициента интенсивности условно-упругих напряжений .

5.2. Определяют температурные границы областей расчета: хрупкой, квазихрупкой и вязкой - согласно методическим положениям действующих в атомной энергетике НД. Граница хрупкой области определяется приведенной температурой *, которой соответствует значение , вычисленное из соотношения:

,

где есть - характерная (критическая) величина КИН в функции расчетной температуры и критической температуры хрупкости ;

- функция вида дефекта и его относительной глубины :

;

- параметр относительной глубины дефекта и его формы:

.

Устанавливают значения первой и второй критических температур хрупкости ( и соответственно: ).

5.3. В хрупкой области () допускается использовать обобщенную температурную зависимость от согласно п.5.8.3.4 [6].

5.4. В квазихрупкой области при температуре значение критического КИН определяют по формуле

,

где - значение , соответствующее температуре ;

.

Параметр определяют согласно п.5.2 настоящих Методических рекомендаций.

5.5. В квазихрупкой области при температуре значение критического КИН определяют по формуле:

,

где                                                          ;

,

где - характеристика металла. Допускается принимать для стали марок 20К, 22К и 16ГНМ - =0,4; для стали 16ГНМА - =0,5.

5.6. В вязкой области при температуре значение критического КИН определяют по формуле

.

5.7. При 0,9 допускается принимать =1 и для всего температурного диапазона критический КИН определяют по формуле

.

5.8. При и  при температуре допускается определять по формуле

.

5.9. При отсутствии данных по фактическим свойствам металла барабана допускается принимать значения и по сертификатам качества металла, содержащимся в паспорте котла.

6.1. Сопротивление хрупкому и квазихрупкому разрушению можно считать обеспеченным, если выполняется условие:

,

6.2. Температурную зависимость от приведенной температуры получают как нижнюю огибающую двух кривых, одна из которых получается путем деления ординат исходной кривой зависимости от на коэффициент запаса , а другая - путем смещения указанной исходной кривой вдоль оси температур на значение температурного запаса . Для рассматриваемых условий гидроиспытаний принимают: = 2; =+20 °

С.

6.3. Для конкретного значения критической температуры хрупкости металла температурную зависимость допустимого значения КИН рекомендуется строить не от приведенной, а от абсолютной температуры .

7.1. Гидравлические испытания должны проводиться при условиях, чтобы температура барабана была больше или равна допустимой температуре , определенной из расчета на сопротивление хрупкому или квазихрупкому разрушению.

7.2. Температуру определяют с использованием условия , где - КИН в рассматриваемых сечениях барабана при гидроиспытаниях.

7.3. Если отремонтированный барабан подпадает под действие п.2.7 настоящих Методических рекомендаций, необходимо провести замеры геометрических параметров всех выборок и групп выборок, соответствующих показателям поврежденности согласно условиям п.2.7.

7.4. Далее выполняют схематизацию указанных выборок согласно разделу 3 настоящих Методических рекомендаций и устанавливают геометрические параметры аппроксимированных поверхностных дефектов.

7.5. Определяют напряженное состояние в расчетных сечениях барабана и устанавливают составляющую напряжений растяжения и напряжений изгиба - (п.4.2 настоящих Методических рекомендаций) при гидроиспытаниях.

7.6. Выполняют расчет значений КИН (т.е. ) для установленных геометрических параметров аппроксимированных дефектов с учетом конкретных зон их расположения в барабане согласно указаниям раздела 4 настоящих Методических рекомендаций.

7.7. Выполняют расчет температурных границ ( и ) для установленных геометрических параметров аппроксимированных дефектов и определяют температурную зависимость критического КИН, т.е. зависимость () от или () от для известного значения критической температуры хрупкости металла . Расчет и и определение значений (или ) для выбранного диапазона температур проводят согласно указаниям раздела 5 настоящих Методических рекомендаций. Рекомендуется значения критического КИН ( или ) определять в температурном диапазоне +10...+140 °С с шаг

ом 10 °С.

7.8. Строят температурную зависимость допустимых КИН от температуры (или от приведенной температуры ) для принятых коэффициентов запаса согласно указаниям пп.6.2, 6.3 настоящих Методических рекомендаций.

7.9. С использованием полученной температурной зависимости от (или ) и для полученного КИН определяют допустимую температуру металла барабана при гидроиспытаниях . Значение равняется температуре , соответствующей значению в зависимости от в точ

ке .

7.10. При отсутствии данных о фактических свойствах металла барабанов, изготовленных из стали марок 22К или 16ГНМ, или 16ГНМА допускается приближенно определять допустимую температуру гидроиспытаний с помощью номограмм на рисунках В.3,, В.4,.

2.1. Настоящие Методические рекомендации определяют алгоритм расчета циклической долговечности (циклического ресурса) металла барабана в условиях нестационарного нагружения.

2.2. Оценка циклического ресурса металла барабана производится по критерию предельного значения накопленного усталостного повреждения от действия всего спектра нестационарных режимов в процессе эксплуатации котла.

2.3. Возможность, условия и срок продления эксплуатации барабана определяются путем сопоставления расчетного значения накопленного усталостного повреждения металла с критериальным его значением.

2.4. Для двухбарабанных котлов расчет допускается проводить только для большого барабана, имеющегося более высокий уровень циклических нагрузок. Расчет выполняется для нижней части барабана, так как эта зона характеризуется наиболее высокими скоростями изменения температуры стенки.

2.5. При расчете циклического ресурса барабана допускается использовать иные методические подходы при условии согласования таких методик с экспертной организацией в установленном порядке.

3.1. При расчете на циклическую прочность рассматриваются следующие режимы эксплуатации:

3.2. Под тепловым ударом понимается нестационарный режим, характеризуемый резким (скачкообразным) изменением температуры среды в барабане и соответствующим изменением температуры стенки барабана, например, в следующих нештатных ситуациях:

• разрыв экранной трубы;

• заполнение питательной водой неостывшего барабана;

• заполнение холодного барабана водой через экономайзер и др.

3.3. При необходимости, связанной с наличием в процессе эксплуатации котла нетиповых циклических нагрузок в барабане, следует учесть эти нагрузки в сочетании с одновременно действующими другими нагружающими факторами, выделить их в отдельную (дополнительную по отношению к п.3.1 настоящих Методических рекомендаций) группу нестационарного режима и учесть в последующем расчете циклической прочности барабана.

3.4. Количество пусков-остановов и гидроиспытаний котла, а также число циклов других возможных нестационарных режимов, включая тепловые удары, устанавливается по производственной документации электростанции. При отсутствии нарушений режимов эксплуатации котла, т.е. ситуаций, приводящих к возникновению тепловых ударов в барабане, допускается такой режим циклического нагружения не учитывать в расчетах, если по результатам штатного контроля барабана на протяжении всего срока эксплуатации не обнаруживались трещины в зонах отверстий труб водяного объема. В противном случае количество тепловых ударов в барабане следует принимать равным 0,08-0,10 от числа пусков котла.

3.5. Количество колебаний температуры в процессе пусков, вызываемое перемешиванием котловой и питательной воды, следует принимать равным 30-40 за каждый пуск котла.

Количество колебаний температуры за счет перемешивания котловой и питательной воды, соответствующее периоду работы котла на стационарном режиме, определяется через частоту термоциклирования барабана , которая связана с параметрами интенсивности смены воды в котле соотношением

.                                                                       (1)

Для основных типов энергетических барабанных котлов значение изменяется в интервале - 11,4-22,9 ч.

Примечание - При отсутствии достоверных исходных данных для расчета частоты термоциклирования барабана по формуле (1) допускается в расчетах не учитывать колебания температуры вследствие перемешивания питательной и котловой воды при стационарном режиме работы котла. В этом случае количество колебаний температуры в процессе каждого пуска следует принимать равным 50.

3.6. Расчет действующих напряжений от различных силовых и температурных факторов производится для наиболее нагруженной зоны барабана, которой является кромка отверстий в водяном объеме барабана. Для указанной зоны определяют три главных нормальных напряжения , и , представляющих собой алгебраическую сумму действующих в одном направлении напряжений от всех приложенных в данный момент нагрузок с учетом концентрации напряжений. Для барабана в первом приближении в качестве главных напряжений могут использоваться напряжения в окружном (окружные напряжения ), осевом (меридиональные напряжения ) и радиальном (радиальные напряжения ) направлениях.

3.7. Для цикла "пуск-останов" главные напряжения определяются суммарным действием трех факторов:

• напряжений от внутреннего давления в барабане ;

• температурных напряжений от перепада температуры по толщине стенки ;

• напряжений от температурного перепада между верхней и нижней образующими и напряжений от температурного перепада по длине барабана (если имеются соответствующие данные по разнице температур) .

3.8. Внутреннее давление в барабане, соответствующее моменту начала растопки котла, принимают равным 10% рабочего давления, т.е. ( - давление в начале растопки, - давление в конце растопки; ).

Напряжения на внутренней поверхности барабана в зоне отверстий от действия внутреннего давления определяют по формулам

;

     
;                                                                          (2)

     
,

где и - коэффициенты концентрации напряжений: =3,8; =1,0; .

При наличии выборок на контуре отверстий барабана значение коэффициента концентрации напряжений может увеличиваться до 8. При этом конкретное значение коэффициента концентрации напряжений определяется расчетом в зависимости от соотношения диаметра отверстия с выборкой и геометрических характеристик собственно выборки (или выборок).

3.9. Температурные напряжения на внутренней поверхности барабана, вызываемые стационарным изменением температуры при пуске-останове, для условий плавного изменения температуры протекающей среды (квазистационарный режим) определяются по формуле

,                                                            (3)

где - скорость изменения температуры на внутренней поверхности барабана, °С/мин.

Концентрация температурных напряжений на кромке отверстия учитывается коэффициентом концентрации =2.

Скорость прогрева (охлаждения) барабана принимается по данным службы эксплуатации КТЦ, но не менее 5 °С/мин.

Безразмерный коэффициент формы определяется из соотношения

,                                                (4)

где , а коэффициент, характеризующий свойства материала, вычисляется по формуле

,                                                              (5)

где - коэффициент Пуассона.

Квазистационарное распределение температур определяется выполнением условия (линейное изменение температуры):

• интервал времени линейного изменения температуры среды, предшествующий моменту, для которого определяются напряжения, должен удовлетворять соотношению

  ; при этом: ,

  
  где - критерий Фурье, принимаемый в зависимости от значения критерия Био .

3.10. Напряжения от температурного перепада между верхней и нижней образующими определяются выражениями

- по нижней образующей ;                                             (6)

- по верхней образующей ,                                              (7)

где - перепад температуры между верхней и нижней образующими обечайки.

3.11. Напряжения от температурного перепада по длине барабана определяются по формулам

• при условии, что длина переходной зоны :

  ;                                                     (8)

• при условии, что длина переходной зоны :

  ;                                                             (9)

       
  ,

  
  где - средний диаметр, мм;

  - температурный перепад по длине образующей.

Допускается не учитывать напряжения от температурного перепада по длине барабана при подтверждении фактическими данными линейного закона изменения температуры по оси барабана, тогда все составляющие напряжений от этого фактора равны нулю (). При выполнении расчета по оценке напряжений от перепада температуры по длине барабана рекомендуется закон изменения температуры аппроксимировать квадратичной функцией.

3.12. Напряжения, вызываемые колебаниями температуры вследствие перемешивания котловой и питательной воды, а также при тепловом ударе (должно выполняться условие - равномерный прогрев наружной и внутренней поверхности стенки барабана) вычисляются по формуле

;                                                       (10)

где - разница температур до и после теплового удара;

=0,3 - коэффициент Пуассона;

- критерий Био, принимаемый в зависимости от соотношения диаметров

,

где - коэффициент теплоотдачи;

- коэффициент теплопроводности.

Концентрация температурных напряжений на кромке отверстия учитывается коэффициентом концентрации =2.

3.13. Максимальный размах колебания температуры при смешивании воды в барабане допускается принимать равным =20 °С.

При отсутствии данных по разности температур для тепловых ударов (если таковые учитываются в расчете) максимальный перепад температуры принимают равным =100 °С.

3.14. Суммарные напряжения на внутренней поверхности барабана составляют:

• в начале пуска

  ;   ; ;                                    (11)

• в конце пуска

  ; ;  .                                                  (12)

  3.15. Эквивалентные напряжения вычисляются следующим образом:

• в начале пуска

  ;

  ;                     (13)

  ;

• в конце пуска

  ;

  ;                                      (14)

  .

3.16 Размах эквивалентных напряжений в барабане по основному циклу "пуск-останов" определяют соотношением

,   .                                                    (15)

Амплитуду напряжений, соответствующую основному циклу "пуск-останов", определяют по формуле:

,                                                                 (16)

где коэффициент концентрации

,                                            (17)

- предел текучести материала при расчетной температуре;

- теоретический коэффициент концентрации напряжений.

3.17. При наличии наплавок расчетная амплитуда напряжений определяется с учетом коэффициента снижения циклической прочности наплавки

,                                                          (18)

где - принимается для наплавок барабанов из стали 22К (20К...) - 0,8; из стали 16ГНМ (16ГНМА) - 0,7.

3.18. Амплитуду напряжений для цикла колебаний температуры определяют из соотношения

,                                                                            (19)

а для цикла термических ударов из соотношения

,                                                                  (20)

где =1,06 - для углеродистой стали и 1,04 - для низколегированной стали.

4.1. Допускаемое число циклов нагружения для металла барабанов определяется из соотношения

,                                                  (21)

где и - константы, определяемые механическими свойствами материала;

- коэффициент запаса;

и - характеристики материала;

- коэффициент асимметрии цикла нагружения.

4.2. Коэффициент асимметрии цикла определяется для каждой группы нестационарных режимов; если >1 или <-1, то в расчете принимается =-1.

4.3. Константы и в формуле (21) определяют из следующих соотношений

;   .                                 (22)

4.4. Характеристики материала барабана и составляют

; .                                              (23)

4.5. Значения характеристик и определяются с учетом изменения свойств металла барабана в процессе длительной эксплуатации. В случае отсутствия данных о фактических механических свойствах металла барабана допускается принимать, при условии соблюдения требований п.9.8 настоящей Инструкции (в части допустимого уровня твердости металла), следующие значения характеристик:

4.6. Коэффициент запаса принимается равным 2 независимо от марки стали барабана.

Интенсивное влияние коррозионного фактора на усталостную прочность металла барабанов, связанное с нарушениями водного режима или консервацией котлов, допускается учитывать увеличением коэффициента запаса до 3 - для барабанов из сталей 20, 15К, 18К, 20К, 22К и 16ГНМА и до 4 - для барабанов из сталей 16ГНМ, 15М, 16М и 20Б.

4.7. Для определения допускаемого числа циклов по расчетным амплитудам напряжений можно использовать кривые малоцикловой усталости (рисунки 5.2 и 5.3), приведенные в п.5.15 [2]. В этом случае оценку допускаемого числа циклов производят с помощью соответствующей кривой малоцикловой усталости (рисунок 5.2 - для углеродистой стали и сталей 15М, 16М; рисунок 5.3 - для сталей 16ГНМ и 16ГНМА) непосредственно по расчетной амплитуде напряжений.

В случае интенсивного проявления коррозионного фактора (см. п.4.6 настоящих Методических рекомендаций) оценку допускаемого числа циклов по соответствующей кривой малоцикловой усталости производят через условные значения амплитуд напряжений:

• 1,5 для стали 20, 15К, 18К, 20К, 22К и 16ГНМА;

• 2,0 для стали 16ГНМ, 15М, 16М и 20Б.

4.8. Наложение колебаний температуры на равномерную скорость ее подъема при пуске котла следует учитывать путем корректировки допускаемого числа циклов по режиму "пуск-останов" котла согласно следующему соотношению

,                                                   (24)

где - допускаемое число циклов в режиме нагружения "пуск-останов";

- допускаемое число пусков в режиме "пуск-останов" с учетом наложения колебаний второй частоты;

- коэффициент влияния двухчастотности нагружения (1).

Коэффициент определяется из следующего выражения

,                                                             (25)

где - частота наложенных колебаний;

- частота основного цикла;

- коэффициент, зависящий от свойств материала: =1,05...1,75.

5.1. Условие циклической прочности при наличии группы нестационарных режимов (циклических нагрузок) определяется выражением

,                                                                    (26)

где - накопленное усталостное повреждение, предельное значение которого =1;

- число циклов -го режима за время эксплуатации;

- допускаемое число циклов -го режима по уравнению (13) или по кривой малоцикловой усталости; - общее число нестационарных режимов

.

5.2. С учетом пп.2.4, 2.5 и 3.8 настоящих Методических рекомендаций условие циклической прочности может быть представлено в виде:

    или

     
,                                        (27)

где - число - пусков-остановов барабана;

, , и - допускаемое число циклов для режимов нагружения: "пуск-останов", колебания температуры, термический удар и гидроиспытание соответственно.

Примечание - Если колебания температуры вследствие перемешивания котловой и питательной воды при стационарном режиме работы котла не учитываются в расчетах (см. примечание к п.3.5 настоящих Методических рекомендаций), второе слагаемое в формуле (27) исключается, а само условие циклической прочности приобретает вид

.                                                    (28)

5.3. Если полученное значение накопленного усталостного повреждения 1, условие циклической прочности металла барабана выполняется. В этом случае имеются основания для продления ресурса барабана при условии, что его эксплуатация будет вестись с соблюдением установленных действующей производственно-технической документацией штатных режимов при пусках, остановах и при стационарной работе котла. При этом, если 0,8 допускается продление ресурса барабана на 50 тыс.ч, а если 0,81 допускается продление ресурса барабана не более чем на 30 тыс.ч.

5.4. При 1 ресурс барабана может быть продлен решением экспертной организации на срок не более 25 тыс.ч.

1.1. Термообработка (ТО) проводится с целью снятия остаточных напряжений после проведения ремонтных работ с применением сварки, а также улучшения состояния структуры и свойств основного и наплавленного металла.

1.2. Нагрев барабана в процессе ТО осуществляется перегретым паром от постороннего источника (котла или парогенератора) согласно техническим решениям по патентам РФ N 2049148 и N 2077165.

1.3. Настоящие Рекомендации выполняются при разработке программы и технологического процесса ТО, а также при непосредственном проведении восстановительной ТО и исследовании свойств металла после ее проведения.

1.4. Разработка проекта ТО барабанов проводится экспертными организациями с учетом особенностей конструкции и состояния металла барабана, внутрибарабанных устройств и тепловой схемы ТЭС.

При этом техническая документация, включающая проект подводящих трубопроводов, внутрибарабанных коммуникаций и температурный контроль, также выполняется экспертной организацией.

2.1. Термообработка включает прогрев барабана перегретым паром до температуры ТО, выдержку при максимально возможной температуре, определяемой конструкцией котла и заданным режимом ТО, и последующее охлаждение.

Пример температурного графика ТО представлен на рисунке Д.1.

2.2. Прогрев барабана и трубной системы котла осуществляется паром от соседнего котла на скользящих параметрах одновременно с его растопкой. В зависимости от конкретных условий ТЭЦ возможен вариант нагрева барабана паром от котла, работающего на расчетных параметрах. При этом в начальной стадии прогрева (до 200-275 °С) используется насыщенный пар с последующим переходом на перегретый.

2.3. Окончанием прогрева металла барабана и выхода на режим ТО следует считать момент достижения максимально возможной температуры по всему периметру барабана (не менее 14-16 ч от начала прогрева).

2.4. Режимы ТО барабанов характеризуются следующими основными показателями.

2.5. Для барабанов из других марок стали режим ТО согласовывается экспертной организацией в установленном порядке.

2.6. Время выдержки при ТО барабана котла в зависимости от конкретного уровня температуры, достигнутого в процессе ТО, определяется по рисунку Д.2.

2.7. Для повышения температуры перегретого пара при неполной нагрузке котла источника пара могут быть использованы режимы работы с повышенным избытком воздуха или пониженной температурой питательной воды. Для увеличения расхода пара могут быть подключены продувки пароперегревателей на обоих котлах.

2.8. Защиты на котле, подвергаемом ТО, отключаются, а на котле-источнике пара корректируются уставки защит с учетом работы на повышенном перегреве и пониженном давлении.

2.9. Для осуществления температурного контроля термообрабатываемого барабана на барабане котла устанавливаются дополнительные термопары, размещенные равномерно по периметру барабана (36 шт., но не менее 12 шт.), с подключением их на регистрирующие приборы согласно разработанному проекту.

2.10. По завершении монтажа схем подвода пара, внутрибарабанных устройств раздачи пара, схемы дополнительного контроля температуры и выполнения в необходимом объеме тепловой изоляции барабана и трубопроводов подвода пара выполненные работы принимаются представителями экспертной организации, ответственной за проведение ТО.

3.1. Общее техническое руководство проведением работ по ТО осуществляется главным инженером станции.

3.2. Техническое руководство процессом проведения ТО выполняется представителями экспертной организации, ответственной за проведение ТО.

3.3. Технологические операции и требуемые режимы работы оборудования осуществляются оперативным персоналом станции и дополнительным персоналом вахты и ремонтников, выделенных для проведения ТО.

3.4. На период проведения ТО барабана выделяется дополнительный персонал, который работает в каждой вахте в течение всего периода ТО (2-3 сут):

• отдельный машинист по обеспечению необходимых режимов на котлах;

• машинист-обходчик на котлы;

• бригада ремонтников (2-3 чел.) для оперативного устранения дефектов.

3.5. Надежная работа приборов штатного и дополнительного контроля котлов обеспечивается дежурным прибористом вахты.

3.6. Ответственным за проведение ТО от станции назначается начальник котельного цеха.

3.7. Взаимодействие персонала.

4.1. Проверяется готовность котла к проведению ТО (состояние арматуры и доступ к ней, приборов контроля, реперов барабана и панелей экранов котла, тепловой изоляции, выполнение всех необходимых отключений барабана котла, пожарную безопасность, чистоту проходов и наличие ограждения опасных зон).

4.2. Прекращаются все ремонтные работы на котле, котел ограждается со стороны соседних котлов, и вывешиваются плакаты "Опасная зона". С котла удаляется весь персонал, не задействованный в процессе ТО.

4.3. Котел полностью дренируется через все нижние точки, дренажи экономайзера, 1-ю и 2-ю ступени пароперегревателя и узла впрысков.

4.4. Закрываются направляющие аппараты дымососов и вентиляторов.

4.5. Котел-источник пара готовится к растопке в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

4.6. Собирается растопочная схема от котла-источника пара со сбросом пара через котел с термообработанным барабаном на растопочную РОУ. Для этого открываются на обоих котлах необходимые задвижки и дренажи.

4.7. Приступают к растопке котла-источника пара в соответствии с действующими инструкциями.

При установлении стартового расхода топлива учитывают, что линий для сброса пара открыто больше, чем при обычной растопке.

4.8. Перед началом подачи пара в барабан продувается подводящий трубопровод (перемычка) насыщенным паром через дренаж.

4.9. По мере роста температуры стенок барабана, подвергаемого ТО, начинают подъем давления в нем в соответствии с заданным графиком, регулируя расход топлива и сброс пара.

4.10. В ходе прогрева трубной системы котла обеспечивается отвод влаги в распределитель периодической продувки, при использовании для регулировки вентилей кольца нижних точек и экономайзера.

4.11. Обеспечивается скорость прогрева барабана, подвергаемого ТО, в соответствии с заданным графиком (см. рисунок Д.1).

4.12. Обеспечивается равномерность прогрева барабана по длине и периметру, при использовании для регулировки вентилей дренажей панелей нижних точек и общих вентилей кольца нижних точек.

4.13. В процессе растопки котла-источника пара проводится продувка нижних точек согласно действующей инструкции. В процессе выдержки при ТО продувка проводится каждые 6-8 ч.

4.14. После выхода на заданный режим ТО обеспечивается соответствие рабочих режимов котлов заданным показателям.

4.15. В процессе ТО при необходимости корректируются расход и температура пара, давление, схема потоков и режимы котлов.

4.16. По завершении ТО приступают к охлаждению барабана согласно заданному графику.

Снижение температуры стенок барабана котла производят с помощью постепенного добавления насыщенного пара, а также регулировкой режима на котле-источнике пара.

4.17. После снижения температуры барабана до 250-300 °С последовательно закрываются все линии сброса пара на котле, одновременно прикрывается подвод пара от котла-источника пара и переводится расход пара на РОУ котла-источника (с сохранением давления в котле с термообрабатываемым барабаном ориентировочно на уровне, который был при ТО).

4.18. После отключения котла с термообработанным барабаном и в процессе остывания барабана (3-5 сут) обращают внимание на недопустимость пропуска воды или пара по какой-либо линии в барабане. Отключаются все линии воды, пара и дренажи должны быть плотно.*

______________________

* Текст соответствует оригиналу.

4.19. Котел-источник пара по режиму работы станции может быть остановлен или включен в магистральный трубопровод после подъема давления и снижения температуры перегрева до необходимого для включения уровня.

Примечание - В разделе 4 настоящих Рекомендаций рассмотрены основные операции при ТО с использованием режима с растопкой котла-источника пара на скользящих параметрах (п.2.2 настоящих Рекомендаций).

При использовании пара от котла, работающего на расчетных параметрах, составляется специальная программа.

5.1. До проведения ТО барабана выполняется контроль его металла в соответствии с требованиями действующих НД, а также устраняются и ремонтируются все обнаруженные дефекты.

5.2. До и после ТО на барабане выполняются последующие работы.

5.3. После проведения ТО из обечайки с наихудшим сочетанием свойств в водяном объеме вырезается "пробка", и проводится исследование всего комплекса свойств металла барабана. Объем исследований и основные методические требования по проведению вырезки и восстановлению герметичности барабана после вырезки "пробки" приведены в действующих НД.

5.4. При исследовании металла вырезки из барабана определяются:

• химический состав металла;

• прочностные и пластические характеристики металла при комнатной и эксплуатационной температурах по испытаниям на растяжение;

• ударная вязкость металла;

• твердость металла по всей толщине стенки на стационарных твердомерах;

• критическая температура хрупковязкого перехода () по испытаниям образцов на ударный изгиб при различных температурах.

5.5. По результатам анализа технической документации, данных о результатах неразрушающего контроля, ремонтных операциях, результатах исследования металла барабана и оценки остаточного циклического ресурса экспертной организацией составляется заключение о сроках и параметрах дальнейшей эксплуатации барабана.

6.1. Весь вахтенный персонал до начала проведения ТО информируется о работе, проводимой на котле с термообрабатываемым барабаном, и режиме работы на котле-источнике пара.

6.2. Начальники смены станции, котельного отделения, а также машинисты котлов ознакомляются с рабочей программой проведения ТО.

6.3. Все лица, участвующие в работах ТО, проходят инструктаж по технике безопасности.

6.4. На котле-источнике пара и котле, на котором проводится ТО, прекращаются любые работы, не связанные с ТО.

6.5. На котлах проверяется рабочее освещение.

6.6. Площадки котлов освобождаются от посторонних предметов.

6.7. На восьмой и нулевой отметках котла-источника пара ограждается опасная зона, и вывешиваются плакаты.

6.8. Ограждаются барбатер и его дренажный колодец.

6.9. Запрещается хождение по площадкам термообрабатываемого котла лицам, не имеющим отношение к проводимой работе.

6.10. До проведения ТО проверяется работа радиопоисковой связи и слышимости во всех "рабочих точках" котла.

6.11. При обходе котла следует находиться в застегнутой и заправленной рабочей одежде, в каске и с рукавицами.

6.12. Обходы и осмотры котлов проводятся только с разрешения оперативного персонала и руководителя работ по ТО.

6.13. Проверяется и при необходимости выполняется маркировка арматуры в соответствии со схемой подвода перегретого и насыщенного пара от котла-источника пара.

6.14. В районе котла, на котором проводится ТО, проводится проверка комплектности штатных средств пожаротушения.