بخشی از مقاله
چکیده:
بویلر واحدهای بخاری، از جمله اجزای کلیدی در نیروگاه بخاری هستند که در صورت خرابی آن، واحد باید از شبکه خارج شود. یکی از دلایل اصلی خروج بویلر از مدار و به تبع آن خروج واحد از شبکه، بروز نشتی در اثر شکست لولههای بویلر، به ویژه لولههای سوپرهیتر میباشد. این امر علاوه بر تحمیل هزینههای قابل توجه به نیروگاه، باعث کاهش قابلیت دسترسی و اطمینان نیروگاه میشود. به منظور ارزیابی بویلر واحد1 اشکودا نیروگاه مشهد، مطالعه موردی روی نمونه لوله گسیختهی سوپرهیتر3 بویلر واحد 1، درآبان ماه 94 انجام شد.در این مطالعه ضمن بررسی آمار خرابیها، توقف واحدها و حوادث ناشی از سوپرهیترها، کیفیت شکست مورد بررسی قرار گرفت. همچنین به منظور تایید صحت محاسبات، ساختار متالوگرافی و در نهایت چهار مسیر بررسی، به یک نتیجه منتهی شد و یکدیگر را تایید میکنند. آزمایش لولهها و هِدرهای ورودی و خروجی سوپر هیتر 3 واحد 1 اشکودا شامل ضخامتسنجی، سختیسنجی، متالوگرافی در محل - رپلیکا - و آزمایش متالوگرافی و پارگی تنشی بر روی نمونههای مخرب انجام شد. تهیه کنندگان در پایان مقاله پیشنهادات خود را در رابطه با نحوه بهرهبرداری متناسب با شرایط موجود ارایه مینمایند.
واژه های کلیدی: سوپرهیتر، متالوگرافی، عمر خزشی، پارگی تنشی، ضخامتسنجی، سختیسنجی.
مقدمه
تخریب تجهیزات دما و فشار بالا، از مهمترین عوامل خروج اجباری نیروگاههای حرارتی است و عوامل مختلفی سبب ایجاد تخریب در این آنها میگردند. در واقع با توجه به تنوع جنس و شرایط کارکرد قسمتهای مختلف، مکانیزمهای تخریب نیز متفاوت است. همچنین هر یک از مکانیزمهای تخریبی دارای یکسری تأثیرهای ویژه در خواص فلز ساختارمیکروسکوپی یا ماکروسکوپی، خواصمکانیکی، ظاهر فلز و .…میباشند که شناسایی این عوامل در ردیابی زوالهای ایجاد شده در هر قسمت مفید هستند. از اینرو برای انجام فرآیند تخمین عمر چنین تجهیزاتی، آگاهی از عوامل مؤثر بر تخریب و مکانیزمهای مختلف زوال آنها، از اهمیت ویژهای برخوردار است. اجزای بویلر تحت شرایط دما و تنش بالا کار میکنند؛ به همین دلیل در حین بهرهبرداری تحت آسیبهای مختلفمتالورژیکی همچون خزش، گسیختگی تنشی، خستگی، سایش و خوردگی قرار دارند. آسیبهای پیشگفته باعث کاهش خواص آلیاژها و در نهایت کاهش عمر قطعات میشوند. بنابراین برای آگاهی از وضعیت متالورژیکی قطعات و سلامت آنها نیاز به انجام آزمایش و بررسیهای لازم است؛ تا بتوان با تهیه به موقع مواد اولیه و انجام تعمیرات به هنگام از حوادث و تخریبهای ناگهانی و به تبع آنها از توقفهای اجباری و طولانی مدت واحد پیشگیری نمود.
خلاصهای از مبانی تخمین عمر لولههای سوپرهیتر
ارزیابی شرایط و تخمین عمر باقیمانده لولههای بویلر میتواند کمک زیادی به تشخیص زمان خرابی و در نتیجه افزایش قابلیت دسترسی نیروگاه نماید. این موضوع برای نیروگاههای با طول عمر بالاتر از 100000 ساعت اهمیت بیشتری مییابد. تا کنون روشهای مختلفی برای تخمین عمر باقیمانده ارایه شده است که به طورکلی به روشهای محاسباتی، مخرب و غیرمخرب تقسیم میشوند. تعیین دقیق شرایط واقعی بویلر و یا حتی نیروگاه و چگونگی افزایش عمر بهرهبرداری آنها، شامل انتخاب روشهای محاسباتی و تحلیلی دقیق، انتخاب صحیح تجهیزات و محلهایی که احتمال خرابی در آنها بیشتر است، اولین و مهمترین گام برای ارزیابی و تخمین عمر مجموعه میباشد. خرابیهای ناگهانی، در نتیجه تجاوز پارامترهای استاتیکی و یا دینامیکی نیروگاه، مثل دما و فشار از حد مجاز به وجود میآیند.
بنابراین، این پارامترها نباید به عنوان مبنایی برای محاسبات تخمین عمر باقیمانده به کار روند. از طرفی تجربههای بهرهبرداری، پایه مناسبی برای تحلیل دقیق دادههای واقعی بهرهبرداری میباشند. دادههای واقعی بهرهبرداری از اطلاعات ثبت شده بهرهبرداری و نتایج آزمایشهای مخرب و غیرمخرب به دست میآیند. ارزیابیهای دقیق و کامل نیز فقط با دریافت صحیح و دقیق ارتباط میان بار بهرهبرداری و شرایط واقعی نیروگاه و اجزای آن ممکن است. بنابراین اندازهگیریها باید از دقت کافی برخوردار باشند. اولین پرسشی که در این قسمت مطرح میشود این است که چه نوع خرابی و یا کارکرد نامناسبی در تجهیزات مورد نظر میتواند اتفاق بیفتد.به طور کلی مراحل ارزیابی شرایط و تخمین عمر لولههای سوپرهیتر به صورت زیر خلاصه میشود:
مرحله اول : جمعآوری دادههای طراحی
مرحله دوم : جمعآوری سوابق بهرهبرداری، بازرسی و اقدامهای نگهداری
مرحله سوم : تحلیل دادههای مراحل اول و دوم با توجه به خواص کیفی مواد به کار رفته اجزا روشهای متعددی در این مورد ارایه شده است . دو روش رایج و معتبر در این زمینه عبارتند از:
محاسبه عمر تئوری که برای لولههای سوپرهیتر بر مبنای عمر صرف شده در خزش به دست میآید.
محاسبه درجه حرارت بهرهبرداری
یکی از پارامترهای بسیار مهم در تخمین عمر خزشی، دمای واقعی لوله در زمان بهرهبرداری میباشد. هرچند دمای بخار در نقاطی از بویلر اندازهگیری میشود، ولی به ندرت به صورت موضعی قابل اندازهگیری است. درجه حرارت اندازهگیری شده، محدود به نقاطی از هدرها است. خوشبختانه هر لوله تاریخچه درجه حرارت خاص خود را در داخل خود دارد - لایه اکسید - چون رشد این لایه تابعی از زمان و درجه حرارت است، میتواند جهت تخمین تاریخچه دمایی معادل، برای مدت زمان سرویس دهی استفاده شود. سپس با استفاده از دادههای تنش گسیختگی و دمای محاسبه شده از این روش میتوان عمر باقیمانده را تخمین زد.
یافتهها
بویلر نیروگاه مشهد با ظرفیت تولید260 تن بخار بر ساعت، با درجه حرارت 515 سانتیگراد و فشار 90 اتمسفر طراحی شده است. این بویلر از نوع خلا و دارای مشعلهای نوع گردشی است که در گوشههای بویلر قرار دارند. سوخت اصلی بویلر، گاز میباشد. ساعات کارکرد معادل لولههای سوپرهیتر داخل کوره 88400 ساعت ساعات کارکرد لولههای متصل به هدر و هدرها - داخل هات باکس - حدود 320000 ساعت تعداد تعمیرات اساسی انجام شده است. به منظور آگاهی از وضعیت لولههای سوپرهیتر3 و پیشبینی خرابی آنها و برنامهریزی برای مقابله با حوادث، ارزیابی وضعیت این لولهها ضروری است. با توجه به نشتیهای متعدد لولههای سوپرهیتر واحد1 اشکودای نیروگاه مشهد و خروجیها و توقف تولید ناشی از آن، ارزیابی مقدماتی از وضعیت این لولهها به عمل آمده است در این راستا نمونهای از لوله تخریب شده که در اواخر سالجاری باعث خروج از مدار واحد1 اشکودا شده است انتخاب و مطالعه فنی روی آنها صورت گرفت.
حوادث و چالشهای پیش آمده برای سوپرهیترها که بیشتر نشتی و پارگی آنها بوده است؛ باعث گردید تا نیروگاه در سال1392 بیشترین حادثه در مجموع4 بار 333 - ساعت - و 19980 مگاوات ساعت انرژی غیرقابل تولید داشته باشد. گفتنی است کل انرژی غیرقابل تولید نیروگاه در این سالها 1390 - تا 37200 - 1394 مگاوات ساعت برای 10 بار حادثه توقف واحد است. به بیانی دیگر % 53/71 انرژی غیر قابل تولید نیروگاه در سال 1392 بود. با رشد صعودی بیشترین مشکل و انرژی غیرقابل تولید را در باره سوپرهیترها داشته است. در نمودار شکل2، مدت زمان خروج واحدهای مختلف نیروگاه در اثر حوادث سوپرهیتر در سالهای1390 تا 1394 نشان داده شده است.در نمودار 1مدت زمان خروج واحدهای مختلف نیروگاه در اثر حوادث سوپرهیترها 3 در واحد یک اشکودا طی سالهای 1390تا 1394 به نمایش گذاشته شده است و نمودار 2 نشان دهنده انرژی غیر قابل تولید ناشی از خروج
