Сигурност на тестовите на термоенергетските системи. Тестови во дисциплината „снабдување и греење со топлина“. Процес на дуктилна фрактура

Современото енергетско претпријатие (термоелектрана, котлара, итн.) е сложен технички систем кој се состои од посебни единици поврзани со помошни технолошки врски.

Пример за таков технички систем е дијаграмот на топлинско коло (ПТС) на термоцентрала, кој вклучува широк опсег на главна и помошна опрема (сл. 5.1): генератор на пареа (парен котел), турбина, кондензатор единица, деаератор, регенеративни и мрежни грејачи, опрема за пумпање и влечење и други

Основниот термички дијаграм на станицата е развиен во согласност со користениот термодинамички циклус на електраната и служи за избор и оптимизирање на главните параметри и трошоци на работната течност на инсталираната опрема. PTS обично се прикажува како дијаграм со една единица и една линија. Истата опрема е конвенционално прикажана еднаш на дијаграмот, технолошките врски со иста намена се исто така прикажани како една линија.

За разлика од основниот термички дијаграм, функционалниот (целосен или проширен) дијаграм на ТЕ ја содржи целата главна и помошна опрема. Односно, целосниот дијаграм ги прикажува сите единици и системи (работни, резервни и помошни), како и цевководи со фитинзи и уреди кои обезбедуваат конверзија на топлинската енергија во електрична енергија.

Целосната шема го дефинира бројот и димензиите на главната и помошната опрема, фитинзи, бајпас линии, системи за стартување и итни случаи. Тие ја карактеризираат доверливоста и нивото на техничка извонредност на ТЕ и обезбедуваат можност за нејзино функционирање во сите режими.

Според функционалната цел и влијанието врз доверливоста на работата на енергетската единица или ТЕ како целина, сите елементи и системи на функционалниот дијаграм можат да се поделат во три групи.

Првата група вклучува елементи и системи, чиј неуспех доведува до целосно исклучување на енергетската единица (котел, турбина, главни парни цевководи со нивните фитинзи, кондензатор итн.).

Ориз. 5.1. Функционални и структурни дијаграми на енергетската единица на парната турбина: 1 - котел; 2 - турбина; 3 - електричен генератор; 4 - пумпи за кондензат; 5 - деаератор; 6 - пумпи за напојување

Втората група вклучува елементи и системи, чиј неуспех доведува до делумно откажување на енергетската единица, односно пропорционално намалување на електричната енергија и испорачаната топлина (проветрувачи, пумпи за напојување и кондензат, котли во кола со двоен блок итн. ).

Третата група вклучува елементи чиј дефект доведува до намалување на ефикасноста на енергетската единица или електраната без да влијае на производството на електрична и топлинска енергија (на пример, регенеративни грејачи).

Веродостојноста на работата на сите овие групи е меѓусебно поврзана.

Пресметката на квантитативните показатели за доверливоста на сложените технички системи, како што се термоцентралите, бара подготовка на структурни (логички) дијаграми, кои, за разлика од функционалните, не рефлектираат физички, туку логички врски.

Структурните дијаграми ви овозможуваат да одредите таков број или таква комбинација на неуспешни елементи на колото што доведува до дефект на целиот систем.

Како пример, на сл. 5.1 ги прикажува главните термички и структурни дијаграми на енергетска единица со парна турбина.

Степенот на деталност на блок дијаграмот се одредува според природата на задачите што се решаваат. Како елементи на блок дијаграмот потребно е да се избере таква опрема или систем кој има одредена функционална намена и се смета како неразградлива целина која има податоци за доверливост.

Квантитативните показатели за доверливоста на термоелектраните може да се добијат со пресметување на познатите карактеристики на доверливост на елементите и функционалните конструктивни дијаграми или со обработка на статистички податоци за нивната работа.

Соодветно на тоа, сите методи за пресметување на доверливоста на термоенергетската опрема на ТЕ и нивните блок дијаграми може да се поделат во три групи:

• аналитички методи;
• статистички методи;
• физички методи.

Од воведниот дел веќе е јасно дека главен предмет на разгледување во овој дел е термоелектрана, како сложен технички систем. За пресметување на индикаторите за доверливост на таквите возила, земајќи ги предвид реалните услови на нивното работење, се користат структурни методи на пресметка.

Затоа, во иднина посебно внимание ќе се посвети на аналитичките методи на пресметка.

Работата на енергетските котли е придружена со сложени физички и хемиски процеси во патеката пареа-вода, во патеката гас-воздух, во металот од кој се направени елементите на енергетската опрема.

Процесите на согорување, пренос на топлина, корозија, формирање на наслаги на грејните површини, промените во својствата и карактеристиките на металот во голема мера ги одредуваат индикаторите за доверливост на котлите.

На сл. 2.10 ја прикажува распределбата на дефекти на котелската опрема на енергетските единици на ТЕ. Како што може да се види, најголемата штета на котелската опрема се јавува поради оперативни грешки. Значителен дел од неуспесите се јавуваат поради дефекти во дизајнот и слаб квалитет на поправка.

Типични неуспеси поради дефекти во дизајнот на котлите се големите термички скенови на грејните површини, нивното забрзано абење на пепел. Во процесот на производство на котли, има нарушувања на процесот на свиткување, леење, термичка обработка на делови изработени од челици отпорни на топлина и заварување.

За време на работата, можно е вистинските карактеристики на јагленот да не одговараат на нормативните, што доведува до отстапување од наведените вредности на волумените на производите за согорување и температурата на излезот од печката. Последица на ова е нарушување на работата на конвективниот дел од котелот и зголемување на абењето на пепелта на цевките за размена на топлина. Нискиот квалитет на водата и пареата доведува до нагло зголемување на наслагите, зголемување на температурата на металот на цевките и нивно изгорување.

Ориз. 2.10.

Стапката на неуспех на главните елементи на котелските единици не е иста. На пример, класификацијата на оштетување на котелската опрема од 300 MW енергетски единици е како што следува (Табела 2.1).

Табела 2.1

Уделот на дефекти на главните елементи на котелската постројка на енергетската единица од 300 MW

Од Табела. 2.1 може да се види дека огромното мнозинство на дефекти на котелските постројки се поврзани со дефекти во работата на површините за загревање.

Сигурноста, издржливоста и другите показатели за доверливоста на самата грејна површина зависат од природата и интензитетот на процесите на согорување, пренос на топлина, корозија, наслаги и промени во својствата на металите. Покрај тоа, фреквенцијата на дефекти генерално за површината за размена на топлина е прилично рамномерно распоредена на карактеристичните површини (сл. 2.11). Нешто почесто се оштетуваат екранните цевки и цевките на прегрејачите (KPP1 и KPP2).

Заштитните цевки кои работат се изложени на зрачна енергија, корозивно опкружување на производи за согорување на гориво, што, при ниска стапка на циркулација и прекршување на режимот на вода, доведува до нивно оштетување и неуспеси во работата на котлите (сл. 2.11).

Ориз. 2.11.

по елементи

Забележливо влијание врз оштетеноста на цевките на менувачот има нерамномерното температурно поле што доведува до термички нарушувања долж висината на гасниот канал, во кој се наоѓа прегревачот.

Супергрејачите исто така се оштетуваат бидејќи за долги временски периоди на температури над 500 ° C, металната конструкција претрпува непожелни промени.

За време на работата на котлите со цврсто гориво, абењето на гасните канали од летечката пепел се јавува поради влијанието на неговите честички на површината. Како резултат на тоа, оксидниот филм на граничните површини се распаѓа и се развива ерозија. Носењето најчесто е нерамномерно. Најголем интензитет на абење се јавува во зони со зголемени брзини и во текови со најголема концентрација на пепел.

Со цел да се намали абењето на пепелта, брзината на димните гасови во оџаците е ограничена на 7 ... 10 m / s. Од друга страна, при брзини под 3 m/s, се случуваат наноси на пепел, што предизвикува зголемување на отпорот и влошување на преносот на топлина.

Јачината на заварите е под влијание на температурните промени и процесите на корозија. Најинтензивна корозија се јавува при согорување на мазут со висока содржина на сулфур. Фистули (сл. 2.12) се појавуваат во контактно заварени споеви поради неусогласеност на цевките, штипкање на внатрешниот пресек, недостаток на фузија, пукнатини.

Ориз. 2.12.

со неисправен спој

Времето на работа од почетокот на работата или ремонтот до формирањето на фистула зависи од природата и големината на дефектот и работните услови, квалитетот на водата, цикличноста и амплитудата на флуктуациите на оптоварувањето на единицата и квалитетот на инсталацијата на економајзерот за вода.

Во повеќето случаи, кога ќе дојде до оштетување во една цевка, свиок или завар, истекуваниот млаз вода ги уништува и соседните цевки. До исклучување и ладење на котелот, неколку соседни цевки се оштетени.

Ориз. 2.13.

Оштетувањето на екраните што ги штитат ѕидовите на коморите за согорување (прегреач на зрачење и економајзер за радијативна вода) се типични за печките.

Погледот на оштетената цевка на предниот екран е прикажан на сл. 2.13.

Во барабаните на бојлерите се јавуваат прекини на циклони, перфорирани и издупчени листови, сврзувачки елементи, кои, паѓајќи во дупките на пропустите, ги блокираат. Брзината на движење на медиумот за пареа-вода во екраните се намалува, металот на цевките се прегрее и пропаѓа.

Заварите во екраните се оштетени, се формираат фистули.

Во котлите со суперкритичен притисок, цевките на радијативните прегрејачи се оштетени поради висока температура на корозија, што доведува до значително абење на ѕидовите на страната на греењето на пожарот. Ова се случува при високи термички оптоварувања. Термичките нарушувања се предизвикани од нерамномерно температурно поле долж висината на каналот за чад.

Лази и придружните оштетувања на цевките (микропукнатини) се појавуваат поинтензивно во свиоците отколку во прави цевки. Ова го прави неопходно периодично да се менуваат поединечни елементи или цели фази на прегрејачот.

Дефекти се јавуваат и од нерамномерно ширење на цевките, нееднакви тежински оптоварувања - заварите се во сложена напрегана состојба.

Острите флуктуации на оптоварувањето на котлите, исто така, доведуваат до појава на неприфатливи напрегања во заварите и зоните што се блиску заварени, што предизвикува формирање на пукнатини, прекини на прицврстувачите и цевките.

Оштетување на тапани и цевководи

Тапаните на котлите и незагреаните свиоци на цевки се од особено значење за обезбедување на доверливост на котлите. Иако се посветува големо внимание на доверливоста на барабаните во дизајнот, производството, работењето и поправките, тие често доживуваат оштетувања, што доведува до долго исклучување на котлите.

Ориз. 2.14.

Станува збор за пукнатини лоцирани во зоната на дупките на цевките, во металот на цилиндричниот дел од барабанот, на внатрешната површина на дното, во зоната на заварување на интра-барабанот погодена од топлина на обвивките (Сл. 2.14), како и дефекти во главните периферни и надолжни шевови.

Главната причина за формирање на оштетување е вишокот на цврстината на материјалот од дејството на напрегањата, што доведува до појава на трајна деформација. Зголемените напони се јавуваат поради присуството на температурна разлика долж дебелината на ѕидот долж периметарот и долж должината на барабанот.

Од особено значење во овој случај се цикличните топлински промени на површинските слоеви на металот од внатрешната страна на ѕидовите при нагли промени на температурата. Овие нестационарни режими на котелот се особено опасни кога ќе стартува и ќе застане.

Развојот на пукнатини е олеснет со дејството на корозивната котелска вода на металот. Ги подобрува процесите на корозија-замор во металот на барабаните.

Најопасните дефекти на главните завари - тие создаваат опасност од големи оштетувања. Почесто од другите, во заварот на внатрешната површина се наоѓаат надолжни и попречни пукнатини. Се забележува недостаток на пенетрација, подмножества на згура, школки, пори.

Длабочината на пукнатините е различна, но има случаи кога за 1 година достигнала 70% од дебелината.

На цевководи најчесто се оштетуваат свиоците. Ова е местото каде што се јавува оштетување од корозија-замор. Недоволната компензација на топлинските издолжувања предизвикува зголемени напрегања.

Кривините на цевките за храна, одвод и пареа се кршливи, свиоците на цевководи за прегреана пареа кои работат во услови на лазење се деформирани за време на уништувањето.

Статијата е подготвена врз основа на материјалите од збирката извештаи на VI меѓународна научна и техничка конференција „Теоретски основи на снабдување со топлина и гас и вентилација“ на NRU MGSU.

Анализата на работата на системите за снабдување со топлина, спроведена од вработените во Истражувачката лабораторија „Системи и инсталации за топлинска и електрична енергија“ (NIL TESU) на UlSTU во голем број руски градови, покажа дека поради високиот степен на физичка и застареност на топлинските мрежи и главната опрема на изворите на топлина, доверливоста на системите постојано се намалува. Ова е потврдено со статистички податоци, на пример, бројот на штети при хидраулични тестови во топлинските мрежи на градот Улјановск е зголемен за 3,5 пати во текот на осум години. Во некои градови (Санкт Петербург, Самара, итн.), се случија големи дефекти на главните топлински цевководи за време на одржување на високи температури и притисоци во мрежите за греење, па затоа, дури и при тешки мразови, температурата на течноста за ладење на излезот од изворот на топлина не е подигнат над 90-110 ° C, тогаш има извори на топлина кои се принудени да работат со систематско недоволно ладење на мрежната вода до стандардната температура („подгревање“).

Недоволните трошоци на организациите за снабдување со топлина за реновирање и ремонт на топлинските мрежи и опремата за извори на топлина доведуваат до значително зголемување на бројот на штети и до зголемување на бројот на дефекти на централизираните системи за снабдување со топлина. Во меѓувреме, урбаните системи за снабдување со топлинска енергија се системи за одржување на животот, а нивното откажување доведува до промени во микроклимата на зградите кои се неприфатливи за луѓето. Во такви услови, проектантите и градежниците во голем број градови одбиваат да снабдуваат топлинска енергија во новите станбени области и предвидуваат таму да се градат локални извори на топлина: покривни, блок-котли или индивидуални котли за греење на становите.

Во исто време, Федералниот закон бр. 190-ФЗ "За снабдување со топлина" предвидува приоритетна употреба на централно греење, односно комбинирано производство на електрична и топлинска енергија за организација на снабдување со топлина во градовите. И покрај фактот дека децентрализираните системи за снабдување со топлинска енергија ги немаат термодинамичките предности на системите за греење, нивната економска привлечност денес е поголема од централизираната од ЦХП.

Во исто време, обезбедувањето на одредено ниво на доверливост и енергетска ефикасност на снабдувањето со топлинска енергија на потрошувачите е едно од главните барања што се применуваат при изборот и дизајнирањето на системи за греење во согласност со Федералниот закон бр. 190-FZ „За снабдување со топлина“ и SNiP 41-02-2003 „Топлински мрежи“. Нормативното ниво на доверливост се определува со следните три критериуми: веројатност за работа без дефекти, достапност (квалитет) на снабдување со топлина и опстанок.

Доверливоста на системите за снабдување со топлина може да се подобри или со подобрување на квалитетот на елементите од кои тие се составени или со вишок. Главна карактеристика на неизлишен систем е тоа што неуспехот на кој било од неговите елементи доведува до откажување на целиот систем, додека кај вишокот систем веројатноста за таква појава е значително намалена. Во системите за снабдување со топлина, еден од начините на функционален вишок е заедничкото работење на различни извори на топлина.

Со цел да се подобри доверливоста и енергетската ефикасност на системите за снабдување со топлина, NIL TESU UlSTU создаде технологии за работа на комбинирани системи за топлинска и електрична енергија со централизирани главни и локални врвни извори на топлина, кои ги комбинираат структурните елементи на централизираните и децентрализираните системи за снабдување со топлина.

На сл. Слика 1 покажува блок дијаграм на комбиниран систем за топлинска и електрична енергија со сериско поврзување на централизирани главни и локални врвни извори на топлина. Во таков систем за снабдување со топлина, ТЕПП ќе работи со максимална ефикасност со коефициент на снабдување со топлина од 1,0, бидејќи целото топлинско оптоварување се обезбедува со топлинска екстракција на турбинската пареа до мрежните грејачи. Сепак, овој систем обезбедува само резервна копија на изворот на топлина и зголемување на квалитетот на снабдувањето со топлина поради локално регулирање на топлинското оптоварување. Можностите за зголемување на доверливоста и енергетската ефикасност на системот за греење во ова решение не се целосно искористени.

За да се отстранат недостатоците на претходниот систем и дополнително да се подобрат технологиите за комбинирано снабдување со топлина, се предлагаат комбинирани системи за греење, со паралелно вклучување на централизирани и локални врвни извори на топлина, кои, кога притисокот или температурата паѓаат под зададеното ниво, овозможуваат хидраулична изолација на локални системи за снабдување со топлинска енергија од централизираниот. Промената на максималното топлотно оптоварување во таквите системи се врши со локална квантитативна регулација за секој од претплатниците со промена на потрошувачката на мрежна вода што циркулира преку автономни врвни извори на топлина и локални претплатнички системи. Во случај на итност, локалниот врвен извор на топлина може да се користи како основен, а циркулацијата на мрежната вода низ него и локалниот систем за снабдување со топлина се врши со помош на циркулациона пумпа. Анализата на доверливоста на системите за снабдување со топлина се врши од гледна точка на нивната способност да ги извршуваат наведените функции. Способноста на системот за греење да ги извршува наведените функции се одредува според неговите состојби со соодветните нивоа на моќност, перформанси итн. Во овој поглед, неопходно е да се направи разлика помеѓу здрава состојба, делумен неуспех и целосен неуспех на системот како целина.

NIL TESU UlSTU создаде технологии за работа на комбинирани системи за топлинска и електрична енергија со централизирани главни и локални врвни извори на топлина

Концептот на дефект е централен за проценка на доверливоста на системот за снабдување со топлина. Имајќи го предвид фактот дека термоелектраните и системите се обновливи објекти, дефектите на елементите, склоповите и системите треба да се поделат на дефекти на оперативност и дефекти во работењето. Првата категорија на неуспеси е поврзана со транзицијата на елемент или систем во моментот t од оперативна состојба во нефункционална (или делумно нефункционална) состојба. Неуспесите во функционирањето се должат на фактот дека системот во дадено време t не го обезбедува (или делумно не го обезбедува) нивото на снабдување со топлинска енергија одредено од потрошувачот. Очигледно е дека неуспехот на оперативноста на некој елемент или систем не значи неуспех во функционирањето. И, обратно, неуспех во функционирањето може да се случи дури и во случај кога не се случил дефект на оперативноста. Имајќи го ова на ум, се прави избор на индикатори за доверливост на системот.

Познатите индикатори може да се користат како поединечни показатели за доверливоста на елементите или системите за снабдување со топлина во целина: λ(τ) е интензитетот (параметар на проток на дефект) на дефектите; μ(τ) е интензитетот на закрепнувањето; П(τ) е веројатноста за работа без дефекти во текот на временскиот период τ; Ф(τ) е веројатноста за закрепнување во одреден временски период τ .

Дозволете ни да ја споредиме доверливоста на традиционалните и комбинираните системи за топлинска и електрична енергија со исто топлинско оптоварување од 418,7 MW, од кои основното оптоварување од 203,1 MW е обезбедено од ТЕ-ТО со турбина Т-100-130 (потрошувачката на вода во мрежата е 1250 kg /s), а максималното оптоварување е 215,6 MW врвни извори на топлина. ТЕ-ТО и потрошувачот се поврзани со двоцевна топлинска мрежа во должина од 10 km. Во традиционалниот систем за централно греење, целото топлинско оптоварување го обезбедува ЦХП. Во еден комбиниран систем, врвниот извор на топлина е инсталиран во серија со централизираниот (слика 1), во другиот - паралелно (слика 2).

Во котларата на потрошувачите се поставени три котли за греење вода, од кои едниот е резервен.

Како што може да се види од сл. 1 и 2, секој систем за греење е сложена структура. Пресметката на показателите за доверливост на таквите мултифункционални системи е прилично временска задача. Затоа, за пресметување на показателите за доверливост на ваквите системи се користи методот на разложување, според кој математичкиот модел за пресметување на индикаторите за доверливост на системот се дели на голем број подмодели. Оваа поделба се врши според технолошките и функционалните карактеристики. Во согласност со ова, главниот извор на топлина (CHP), систем за транспорт на топлина од ТЕ-ТО до потрошувачите, децентрализиран врвен извор на топлина и систем за дистрибутивна мрежа за покривање на топлинските оптоварувања се распределени во системот за греење. Овој пристап овозможува самостојно пресметување на индикаторите за доверливост за поединечни потсистеми. Пресметката на индикаторите за доверливост на целиот систем за греење се врши како за структура од паралелна серија.

Од гледна точка на доверливост, грејната единица на ЦХП е сложена структура од сериски поврзани елементи: котелска единица, турбина и топлана. За таков блок дијаграм, неуспехот на една од единиците доведува до неуспех на целата инсталација. Затоа, факторот на достапност на грејната единица се одредува со формулата:

Каде кг ЦХП, к g k, к g t и к RTU се факторите на достапност на целата ТЕПП, котелска единица, турбина и топлана, соодветно.

Стационарни вредности на факторот достапност к r за соодветните елементи на колото се одредуваат во зависност од интензитетот на реставрации }