بخشی از مقاله
چکیده :
یکی از مشکلاتی که به کرات باعث خارج شدن واحد 1 نیروگاه بیستون از شبکه شده است، شکست لولههای سوپر هیتر بویلر آن می باشد. بطوریکه در هربار خرابی، واحد بیش از 70 ساعت از مدار خارج بوده است. این امر با توجه به ظرفیت تولید بالای این واحد320 - مگاوات - هزینه سنگینی را در برداشته است. به منظور جلوگیری از وقوع مجدد خرابی به بررسی علل شکست پرداخته شده است. بدین منظور پس ازجمعآوری اطلاعات طراحی و بهره برداری، یک نمونه لوله تخریب شده از جهات مختلف - بررسیهای ماکروسکوپی نحوه خرابی و شکست لوله ها، بررسی طراحی بویلر، اشکالات احتمالی بهره برداری، سختی سنجی و متالوگرافی - مورد بررسی قرار گرفته است.
لولههای تخریب شده تماما در یک ناحیه ازسوپرهیتر بوده و به دلیل موقعیت خاص آنها از نظر دماو تنش، نسبت به دیگر نواحی سوپرهیتر در شرایط بحرانی تری قرار گرفته اند. آزمایشهای سختی سنجی و متالوگرافی انجام شده نیز افزایش بیش از حد مجازدمای بهره برداری را نشان داده است. افزایش دمای بهره برداری لولهها از حد مجاز طراحی، حتی به مقداربسیار کم، تاثیر زیادی در کاهش عمر آنها داردبطوریکه برخی از لولههای تخریب شده، در نتیجه افزایش غیر مجاز دمای بهره برداری، اورهیت شده و پس از 3 سال بهره برداری، تخریب شده اند.بقیه لولههای با موقعیت مشابه با لولههای آسیب دیده، در شرایط یکسانی نسبت به لولههای تخریب شده، قرار دارند و بنابراین احتمال خرابی در آنها نیز زیاد می باشد.
مقدمه:
در برنامههای تعمیراتی، بررسی علل خرابیها و تحلیل آنها و در نهایت ارائه راه حل عملی جهت پیشگیری از وقوع مجدد خرابی- که تحت عنوان مباحث تحلیل خرابی1 مطرح می باشند-از مهمترین اقدامات به منظور کاهش خرابیها و در نتیجه افزایش قابلیت دسترسی هر واحد صنعتی می باشد.خرابی لولههای بویلر و خصوصا لولههای سوپرهیتر، همچنان از دلایل اصلی خارج شدن واحدهای نیروگاهی از شبکه قدرت در سطح دنیامیباشد. در ایران نیز نیروگاههای مهمی همچون نیروگاه نکاء، منتظر قائم، اصفهان، بعثت و بیستون بارهاشاهد این خرابیها بوده اند. نیروگاه حرارتی بیستون کرمانشاه با بهره برداری از 2 واحد بخاری با ظرفیت نامی هر واحد 320 مگاوات و بدلیل موقعیت خاص جغرافیائی، از اهمیت خاصی در صنعت برق کشور برخوردار است.
بارها واحد 1 این نیروگاه، بدلیل شکست لولههای سوپرهیتر آن از مدار خارج شده است. این خرابیها علاوه بر هزینه تعمیرات در هر بار خرابی، باعث خارج بودن واحد به مدت بیش از 70ساعت از شبکه می شوند. جالب اینکه تمامی این خرابیها در یک محل و به یک شکل اتفاق افتاده اند.بنابران اهمیت بررس علل شکست و پیشگیری از آنروشن می شود که در این مقاله به مطالعه و تحلیل خرابی لولههای سوپرهیتر، جهت پییشگیری از وقوع مجدد خرابی پرداخته شده است.
بررسی مشخصاتطراحی وبهرهبرداری سوپرهیتر:
بویلر نیروگاه بیستون ساخت شرکت فرانکوتوزی
ایتالیا و با ظرفیت تولید 1056 تن بخار در ساعت با دمای 540°C و فشار 178 kgf/cm2 است. این بویلر از نوع درام دار و با 3 مرحله سوپرهیتر می باشد - شکل . - 1لولههای تخریب شده فقط در ستونهای 1 و 2 در سوپرهیتر مرحله اول ودر محل خم 135 درجه واقع شده اند که موقعیت آنها در شکل 1و 2 نشان داده شده و بصورت زیر تشریح می گردد.مطابق شکل 2 هدر بخار ورودی لولههای سوپرهیتر مرحله اول در قسمت بالای کوره بویلر و هدر بخار خروجی در طبقه سوم بویلر واقع شده اند،بطوریکه این لولهها درست بالای شعله بوده و به همین دلیل به آنها سوپر هیترهای تشعشعی نیز گفته می شود.این سوپرهیتر از 300 لوله که در 50 ردیف و 6 ستون قرار گرفته اند، تشکیل شده است.
طول لولههای ستونهای 1 و 2 - از بالا و پایین - حدود 45 متر،ستونهای 3 و 4 حدود 27 متر و ستونهای 5 و 6 حدود22 متر هستند. بنابراین در اولین بررسی ملاحظه میشود که طول لولههای واقع در ستونهای 1 و2 - که خرابیها فقط در این ستونها اتفاق افتاده اند - دو برابر لولههای بقیه ستونهای این مرحله از سوپرهیتر میباشد و در نتیجه به دلیل دارا بودن سطوح تبادل حرارت بیشتر با دود، مقدار حرارت بیشتری جذب میکنند.علاوه بر آن با توجه به وزن و طول لوله در ستونهای 1و 2 مشاهده می شود که مقدار ممان خمشی با نزدیک شدن به هدر خروجی بیشتر میشود و محل خمیدگی - محل خرابیها - یکی از نقاطی است که بیشترین نتش راتحمل می کند.
طبق اعلام سازنده، جنس این لولهها بر مبنای استاندارد UNI ایتالیا 14CrMo3 می باشد که در نزدیک هدر خروجی سوپرهیتر، به لوله ای از جنس- A210-A1 که در دماهای بالا نسبت به 14CrMo3مقاومت بیشتری دارد- تبدیل شده است. با انجام آزمایش کوانتومتری بر روی یکی از لولهها این جنس تایید گردید.این لولههای معادل لولههای SA-335P12 دراستاندارد ASTM می باشند که در تقسیم بندی کلی تر از نوع لولههای بدون درز2 و از جنس فولادهای کم آلیاژ فریتی می باشند. این فولاد بیشتر تحت عنوان فولاد 1Cr-0.5Mo شناخته شده و مناسب استفاده درسوپرهیترهای بویلرهای زغال سوز می باشند1] و .[2طبق توصیه سازنده بویلر، حداکثر فشار و دمای مجاز بهره برداری این لولهها 200 kgf 2 و 436 0C cm است.
بررسی سوابق بهره برداری
این واحد که از خرداد ماه 1373 به بهره برداری رسیده است با توجه به نیاز شبکه بیشتر در %66 بارنامی و فقط در ساعت اوج مصرف بصورت تمام باربهره برداری می شود. یکی از مشکلات واحد- که خصوصا در وضعیت تمام بار با آن مواجه بوده-خرابی یکی از هیترهای فشار قوی سیکل بوده که در نتیجه آن، آب تغذیه ورودی به بویلر کمتر از حد طراحی گرم می شده است. به منظور ثابت نگهداشتن دمای بخار خروجی بویلر، باید سوخت بیشتری نسبت به مقدار طراحی مصرف می شده و در نتیجه میزان محصولات احتراق تولیدی در وضعیت تمام بار، بیش از حداکثر مقدار طراحی بوده است. این امر باعث جذب حرارت بیشتر توسط لوله ها، با مکانیزم جابجایی شده است. از طرفی به نظر می رسد با توجه به طول بیشتر لولههای ستونهای 1 و 2 سوپرهیتر، دمای بخار داخل این لولهها درقسمت خروجی آن نسبت به دیگر لولهها بیشتر میباشد.
بررسی آماری خرابیها
بررسیهای آماری خرابیها نشان می دهد که 8 مورد خرابی با فاصله تقریبی 43000 تا 72000 ساعت ازشروع بهره برداری بویلر ثبت شده و تماما در فصول گرم اتفاق افتادهاند. به نظر میرسد که بهرهبرداریبویلر در فصول گرم به دو دلیل مهم، که تاثیر مستقیم بر افزایش احتمال خرابی داشته، با بهرهبرداری در
