Отказы в работе элементов котлов

Классификация отказов

В разделе дается определение отказа, рассматривается классификация отказов по группам, вводится понятие типов ремонта, приводится информация по авариям.

Снижение надежности оборудования происходит по разным причинам. Как следствие, уменьшаются мощность, производитель­ность. При тяжелых обстоятельствах наступает состояние полной неработоспособности – возникает отказ.

Характерные признаки отказа:

– Для котла – нарушение герметичности паро­водяного тракта, неисправности предохранительных клапанов, гидравлические удары в топке, обвалы обмуровки, нагрев каркасных конструк­ций до температуры более 250°С и др.

– Для турбины – разрушение лопаточного аппарата, виб­рация, неплотности в маслосистеме и т. д. Обнаружение любого из признаков отказа является основанием для остановки оборудо­вания.

Клас­сификация отказов по группам:

Группа 1. Отказы, происшедшие из-за недостатков конструкции оборудования, которые могут возникнуть при проектировании из-за недостаточного учета условий работы, несовершенства нормативно-технической документации и методов расчета и ошибок в расчетах.

Характерными отказами из-за недостатков проектирования на котлах являются большие тепловые разверки на поверхностях нагрева, ускоренный золовой износ экономайзеров, шлакование. На турбинах – эрозия последних ступеней лопаток, повышенная низкочастотная вибрация, поломки в системе регулирования.

Недостатки конструкции обнаруживаются при разных наработках времени. Так, недостаточная компенсация тепловых расширений деталей и узлов котлов, турбин и трубопроводов, пониженные запасы прочности, приводящие к возникновению трещин в различных элементах оборудования, выявляются относительно скоро после ввода в строй нового оборудования (при наработках времени 25–30 тыс. ч). Коррозионные процессы, несоответствие выбранных марок сталей условиям работы оборудования обнаруживаются при более длительных наработках, в ряде случа­ев близких к 70–80% расчетного срока службы.

При определении причин отказов не всегда удается четко оп­ределить, что привело к поломкам или неполадкам оборудования, поэтому недостатки конструкции часто камуфлируются другими обстоятельствами, якобы явившимися причиной отказов, или заслоняются имевшими место нарушениями режимов работы. Раз­рабатываемые в таких случаях мероприятия направляются на устранение побочных причин – нарушений режимов, а основная – недостатки конструкции – остается без исправлений, что приво­дит к повторным неоднократным отказам. Поэтому каждый слу­чай неполадок, поломок и аварийных остановов требует самого тщательного анализа всех обстоятельств, при которых возникло изменение состояния оборудования.

Группа 2. Отказы, произошедшие из-за недостатков изготовления узлов и деталей, а иногда агрега­тов и установок в целом.

В их числе несовершенство заводских технологических операций при изготовлении оборудования или грубое нарушение технологии. Наиболее распространены нару­шения процесса гибки, литья, термообработки деталей. При гибке элементов трубопроводов диаметром более 100 мм овальность гнутой части труб нередко превышает нормативные допуски (8%). При отливке корпусов цилиндров турбин и пароводяной армату­ры возникают трещины различной глубины от сетки многочислен­ных мелких до единичных сквозных. В некоторых литых деталях встречаются пустоты, рыхлоты и другие дефекты. При сборке иног­да не соблюдаются размеры допусков и посадок, встречаются другие ошибки. Имеют место отклонения от проектных геометриче­ских размеров, несоответствие чистоты обработки поверхности. Особенно часто нарушаются режимы термообработки деталей из жаропрочных сталей. В результате их микроструктура приобрета­ет браковочные характеристики, снижается их длительная проч­ность, что приводит к сокращению срока службы.

Группа 3. Отказы из-за дефектов изготовления.

На различных агрегатах и установках доля отказов из-за дефектов изготовления по отношению к общему числу не одинакова: на котлах – около 25%, на турбинах–15–17%, а по всему тепло­энергетическому оборудованию – около 30%. Близкими к заводским являются дефекты, возникаю­щие в процессе монтажа на площадках строящихся ТЭС: недостатки подгибки трубопроводов, термообработки, сварки, сбор­ки, шабровки сопрягаемых поверхностей деталей. Наиболее рас­пространенными чисто монтажными дефектами на котлах являют­ся неудовлетворительная рихтовка труб поверхностей нагрева, особенно на змеевиковых конвективных пароперегревателях и на панелях топочных экранов, неплотности обмуровки и обшивки котлов, дефекты сварки. На станционных трубопроводах зача­стую не выполняются заданные уклоны (встречаются даже конт­руклоны), неверно монтируются опорно-подвесные системы. Доля монтажных дефектов невелика – в несколько раз меньше, чем за­водских, что объясняется меньшим объемом работ, чем на за­водах.

Все не выявленные дефекты изготовления и монтажа остаются в деталях и узлах, являясь скрытыми очагами будущих неисправ­ностей, поломок и отказов в работе оборудования.

Группа 4. Отка­зы из-за нарушений производственных инструкций, случайных ошибок персонала, неверных указаний и распоряжений руководства, использования оборудования в условиях и режимах, не соответствующих техническим характеристикам.

Группа 5. Отказыиз-за несоответствия реальных условий работы проектным.

Особенно часто возникают на ТЭС, работающих на твердых топливах. Встречающееся здесь несоответствие фактических характеристик углей нормативным приводит к тому, что не всегда удается получить заданные объемы продуктов сгорания и их рас­четную температуру на выходе из топки. Это приводит к наруше­нию работы конвективной части котла, увеличению скоростей дымовых тазов и абразивному золовому износу. Загрязнение паро­перегревателя внутренними отложениями из-за низкого качества воды и пара приводит к резкому повышению температуры метал­ла труб и к их пережогу.

На паропроводах острого пара и промежуточного перегрева ча­сто возникают дополнительные напряжения при пусках и остановах основного оборудования. Особенно подвержены такому состоянию паропроводы энергоблоков, участвующих в регулировании графика электрических нагрузок и останавливающихся на ночь, в воскресенье и в праздничные дни.

Все отказы, связанные с режимными операциями и эксплуата­цией, делятся на: устраняемые и неизбежные. К первым относятся такие отказы, которые можно предотвра­тить организационно-техническими мероприятиями, например обеспечением работы котлов только на проектном топливе, выбором оптимальной технологии режимов работы и т. п. Ко вторым относятся отказы, которые можно предотвратить только заменой оборудования или его отдельных узлов.

Известно, что жаропрочные стали и сплавы при температурах 450°С и выше имеют зависимость длительной прочности и ползучести от наработки времени. Соответственно ресурс высокотемпературного теплоэнергетического оборудования имеет конкретные границы, повышение которых влечет за собой повреждения и отказы.

Своевременный ремонт, выполненный на высоком техническом уровне и в полном объеме, предусмотренном нормативно-техниче­ской документацией и результатами диагностики, обеспечивает надежную работу оборудования. Номенклатура и объем плано­вых ремонтов, которые делятся на капитальные, средние и теку­щие, определяются специальными типовыми положениями и ин­струкциями. Капитальные ремонты проводятся один раз в 3–4 года, а на некоторых видах оборудования – до одного раза в 8 лет. Средние ремонты выполняются в промежутках между капи­тальными (обычно один ремонт), текущие – ежегодно по не­скольку раз, причем их общая годовая продолжительность нор­мируется. После выполнения ремонтных операций должна про­водиться диагностика качества их выполнения.

На практике не всегда выполняются перечисленные условия высокого качества работ, поэтому нередки случаи отказов в ра­боте оборудования вскоре после проведенных ремонтов. Такие отказы принято относить на ремонтный брак, если они произошли в течение двух месяцев после окончания ремонта или имеют явно выраженный дефект ремонта и после более длительной эксплуа­тации.

На рис. 1.1 показано распределение отказов на энергетических блоках ТЭС. Наи­большая повреждаемость вызыва­ется недостатками эксплуатации. Примерно у 40% поломок и по­вреждений турбинного оборудова­ния не удается выяснить истинные причины их возникновения. Это объясняется тем, что большинство поломок и повреждений при раз­витии проходят три стадии. Пер­вая – период зарождения повреждений, вторая – период развития, третья – поломка.

Интенсивность отказов различных видов оборудования, агре­гатов и установок не одинакова. Примером этому служат данные, приведенные в таблице 1.2.

Последствия отказов даже однотипного оборудования могут иметь различную тяжесть, поэтому на энергопредприятиях существует спе­циальная классификация, согласно которой вводятся понятия «авария» и отказы 1, 2 и 3-й степени. Границей каждой группы является величина ущерба для народного хозяйства в целом или для энергосистемы и энергопредприятия. Определения и характе­ристики каждой группы приведены в «Инструкции по расследова­нию и учету нарушений в работе электростанций, сетей, энергоси­стем и энергообъединений». Отказы с наиболее тяжелыми послед­ствиями относятся к авариям.

Рис. 1.1. Котельное оборудование, турбинное оборудование:

1 – ошибки эксплуатации; 2 – дефекты ре­монта; 3 – низкое качество монтажа; 4 – недостатки конструкции и низкое качест­во изготовления; 5 – невыясненные при­чины

Таблица 1.2. Повреждения котельного оборудования энергоблоков

Наименование оборудования	Доля отказов, %
Поверхности нагрева	79,2
Котельно-вспомогательное оборудование	3,5
Топливоподача, газопроводы
Регенеративные воздухоподогреватели	0,1
Обмуровка	0,3
Арматура	4,9
Автоматика	7,4
Прочие элементы котла	2,6

В зависимости от характера, частоты и тяжести отказов на всех уровнях энергетического производства разрабатываются организационные и технические мероприятия, направленные на предупреждение отказов и сокращение их количества. Эффективность и стоимость мероприятий во многом зависят от исходных данных, прежде всего от учета всех обстоятельств, при которых происходят повреждения и неполадки. На каждый отказ на ТЭС заполняется стандартный бланк–вопросник, который направляется в специализированное предприятие, накап­ливающее информацию, обрабатывающее и анализирующее ее. При крупных повреждениях, имеющих аварийное развитие, кроме карты составляются специальные акты рассле­дования, позволяющие делать обобщения и разрабатывать эффективные мероприятия по совершенствованию эксплуатации, ре­монтного обслуживания и улучшению качества оборудования.

Контрольные вопросы:

1. Когда возникает отказ энергетического оборудования?

2. Назовите характерные признаки отказа?

3. На какие группы делятся отказы?

4. Из-за чего возникают отказы первой группы? Приведите примеры отказов первой группы.

5. Из-за чего возникают отказы второй группы? Приведите примеры отказов второй группы.

6. Из-за чего возникают отказы третьей группы? Приведите примеры отказов третьей группы.

7. Из-за чего возникают отказы четвертой группы? Приведите примеры отказов четвертой группы.

8. Из-за чего возникают отказы пятой группы? Приведите примеры отказов пятой группы.

9. Какие отказы являются устраняемыми?

10.Какие отказы являются неизбежными?

11.Что такое ремонтный брак?

12.Что такое авария?

13.Какой документ классифицирует отказы на группы и аварии?

14.Что является причиной наибольшего числа отказов для котельного и турбинного оборудования?

15.Какие части котельного оборудования меньше всего подвержены отказам?

16.Какие части котельного оборудования больше всего подвержены отказам?

17.Для чего нужен бланк–вопросник?

Приводятся предпосылки к возможным повреждениям котла, рассматриваются его отдельные элементы с точки зрения возникновения в них отказов, рассматриваются причины и последствия отказов.

Эксплуатация котельных агрегатов сопровождается сложными физическими и химическими процессами в пароводяном тракте, в тракте дымовых газов, в металле, из которого изготовлены уз­лы и детали оборудования. Основными из них являются горение, теплообмен, коррозия, образование отложений на внутренней и наружной сторонах труб поверхностей нагрева и трубопроводов, изменение свойств и характеристик металла и узлов котлоагрегата. Безотказность, долговечность, готовность и другие свойства и характеристики надежности котлов в значительной мере зави­сят от характера и интенсивности протекающих процессов. На­иболее часто неполадки и повреждения происходят на водяных экономайзерах, топочных экранах, пароперегревателях (таблица 1.3).

Таблица 1.3. Доля отказов из-за повреждений котлов энергоблоков

Экономайзер	Экранные трубы	Потолочный ПП	Ширмовый ПП	Конвективный ПП	Необогрева-емые трубы
51,5	22,9	11,4	5,7	5,7	2,8