Повышение рабочего ресурса элементов теплосилового оборудования электростанций с учетом макроповреждаемости металла (экспериментально-теоретические основы и методология расчета)

Характеристики циклической и коррозионно-циклической трещиностойкости металла сварных соединений перлитных сталей 3, 22К и 15Х2НМФА и аустенитной стали 08Х18Н12Т находятся на уровне аналогичных характеристик соответствующего основного металла.

9. На основании анализа закономерностей влияния комплекса различных факторов на характеристики коррозионно-циклической трещиностойкости материалов и результатов изучения электрохимической обстановки в вершине коррозионной трещины в контексте с предложенными моделями коррозионно-усталостного разрушения материалов обоснованы механизмы стимулирования процесса роста усталостных трещин в металле под воздействием водной среды. Показано, что в перлитных сталях действует сочетание механизмов анодного растворения и катодного охрупчивания металла при коррозионно-усталостном разрушении, причём первый доминирует на начальном этапе, а второй - преимущественно на завершающем этапе процесса. Акселерация роста усталостных трещин в аустенитной стали под действием водной среды обуславливается в основном действием механизма анодного растворения металла.

10. Применительно к кинетике трещин в условиях высокотемпературной ползучести экспериментально показано, что использование в качестве характеристики СРТ параметра приведенного КИН, учитывающего степень неоднородности напряжённого состояния в рабочем сечении образца и время развития трещины, позволяет заметно снизить разброс данных эксперимента. В развитии этого подхода принципиально подтверждена возможность получения обобщённых диаграмм трещиностойкости сталей при ползучести для различных наработок и температуры в ограниченном диапазоне изменения последней (± 25ч30 °С) за счёт нормирования приведенного КИН на характерное напряжение текучести металла, соответствующее заданным уровням наработки и температуры испытаний.

11. На основе обобщения комплекса экспериментальных исследований и результатов теоретического анализа с учётом изученных закономерностей влияния различных эксплуатационных факторов на кинетику трещин определены для исследованных материалов базовые диаграммы циклической и коррозионно-циклической трещиностойкости, а также диаграммы трещиностойкости в условиях ползучести, рекомендуемые для практического использования при расчётных оценках живучести и несущей способности тепломеханического оборудования, в том числе длительно эксплуатируемого.

12. Систематизированы и усовершенствованы методы определения КИН в нагруженных телах с трещинами. Для наиболее повреждаемых узлов и элементов оборудования выполнен расчётный анализ и дана сравнительная оценка различных методов определения КИН.

13. На основе результатов проведенного исследования разработана инженерная методика расчёта долговечности и несущей способности элементов тепломеханического оборудования на стадии развития трещиноподобных дефектов. Формализована процедура расчёта для варианта оценки долговечности (циклической или временнуй) по заданным размерам исходного дефекта и условиям нагружения и варианта оценки допускаемых размеров дефекта для заданных ресурса и условий нагружения.

14. Результаты настоящей работы нашли практическое применение при решении следующих задач:

обоснование возможности и сроков допустимой эксплуатации оборудования с обнаруженными макродефектами металла или оборудования, выработавшего нормативные запасы прочности;

установление периодичности контроля для наиболее повреждаемых узлов и элементов длительно эксплуатируемого оборудования;

определение причин разрушения ответственных элементов тепломеханического оборудования для принятия мер по предотвращению в дальнейшем подобных инцидентов;

обоснование допустимой температуры гидравлических испытаний повреждённого или длительно эксплуатируемого оборудования;

установление норм допустимых размеров дефектов по результатам неразрушающего контроля металла.

На отдельных примерах даны варианты решения конкретных задач.

15. Основные результаты работы отражены в отраслевых нормативно-технических документах, регламентирующих процедуру контроля металла на электростанциях, нормы и критерии оценки качества металла, требования по ремонту ответственных элементов оборудования, порядок оценки состояния и продления сроков безопасной эксплуатации теплосилового оборудования ТЭС сверх нормативного ресурса. Индивидуальные технические решения и отдельные результаты работы внедрены на ряде тепловых электростанций (Заинская ГРЭС, Славянская ГРЭС, Конаковская ГРЭС, Пермская ГРЭС, Дзержинская ТЭЦ, Петрозаводская ТЭЦ, Ростовская ТЭЦ-2, Салаватская ТЭЦ и др.) и Кольской АЭС.

Основное содержание диссертации изложено в публикациях и периодических изданиях, рекомендованных ВАК

1. Шур Д. М., Гринь Е. А. Развитие метода оценки скорости роста трещин малоцикловой усталости с использованием J-интеграла // Заводская лаборатория. - 1985. - № 8. - С.64-67.

2. Гринь Е. А., Дмытрах И. Н. Закономерности развития трещин в сталях трубопроводов электростанций при переменном нагружении и воздействии теплоносителя // Электрические станции. - 1991. - № 6. - С. 73-76.

3. Трещиностойкость трубопроводной стали 15ГС. А. П. Бобринский, В. Ю. Гольцев, Е. А. Гринь, В. А. Саркисян, О. И. Кравченко // Теплоэнергетика. - 1996. - № 12. - С. 8-11.

4. Злепко В. Ф., Гринь Е. А., Швецова Т. А. Техническое перевооружение действующих ТЭС с учётом состояния металла // Электрические станции. - 2001. - № 7. - С. 12-18.

5. Анохов А. Е., Гринь Е. А. Ремонт барабана котла ТГМЕ-206, повреждённого сквозными трещинами, и оценка его работоспособности // Электрические станции. - 2003. - № 5. - С. 19-23.

6. Резинских В. Ф., Гринь Е. А., Букин Ю. А. Эксплуатационная надёжность и перспективы продления эксплуатации тепломеханического оборудования Сургутской ГРЭС-2 // Электрические станции. - 2005. - № 3. - С. 11-15.

7. Гринь Е. А. Оценка возможности хрупких разрушений барабанов котлов высокого давления // Теплоэнергетика. - 2005. - № 8. - С. 9-14.

8. Козлова Е. С., Гринь Е. А., Шапин В. И. Исследование живучести барабанов котлов по условиям циклической коррозионной трещиностойкости // Вестник ИГЭУ. - Выпуск 4. - 2005. - С. 164-165.

9. Гринь Е. А. Эксплуатационная надёжность и долговечность питательных трубопроводов энергоблоков ТЭС // Теплоэнергетика. - 2006. - № 8. - С. 59-65.

10. Гринь Е. А. Эксплуатационная надёжность барабанов котлов высокого давления // Энергетик. - 2006. - № 6. - С. 25-27.

11. Гринь Е. А. Хрупкие разрушения барабанов котлов высокого давления - основные причины и способы предотвращения // Теплоэнергетика. - 2008. - № 2. - С. 40-45.

12. Гринь Е. А., Анохов А. Е. Анализ процесса развития разрушения стыкового сварного соединения паропровода ГПП блоков 800 МВт // Электрические станции. - 2008. - № 10. - С 29-35.

13. Загретдинов И. Ш., Гринь Е. А., Саркисян В. А. Техническое диагностирование и эксплуатационная надёжность сосудов, работающих под давлением // Электрические станции. 2008. - №.12. - С. 24-32.

14. Гринь Е. А., Зеленский А. В., Анохов А. Е. Анализ состояния парка барабанов котлов высокого давления ТЭС в России // Электрические станции. - 2009. - № 3. - С. 32-39.

15. Анохов А. Е., Гринь Е. А., Перевезенцева Т. В., Федина И. В. Характер и причины разрушения сварных соединений паропроводов горячего промперегрева энергоблоков 800 МВт // Теплоэнергетика. - 2009. - № 2. - С. 20-26.

16. Гринь Е. А., Зеленский А. В. Исследования напряжённого состояния и служебных характеристик металла деаэраторов высокого давления с оценкой их долговечности // Теплоэнергетика. - 2009. - № 2. - С. 12-19.

17. Гринь Е. А., Анохов А. Е., Зеленский А. В. Оценка влияния длительной эксплуатации на свойства металла барабанов котлов высокого давления // Электрические станции. - 2009. - № 10. - С. 15-23.

18. Резинских В. Ф., Гринь Е. А. Надёжность и безопасность ТЭС России на современном этапе: проблемы и перспективные задачи // Теплоэнергетика. - 2010. - № 1. - С. 2-8.

19. Гринь Е. А. Экспериментальная установка и методика для испытаний материалов на коррозионно-циклическую трещиностойкость в воде при повышенных темпеатурах // Заводская лаборатория. - 2010. - № 1. - С. 57-60.

20. Гринь Е. А. Метод определения остаточной долговечности конструкций на стадии развития трещины с использованием результатов контроля // Заводская лаборатория. - 2010. - № 2. - С. 43-47.

Кроме того, материалы диссертации представлены ещё в 29 публикациях, на большинство из которых имеются ссылки в работе.

Результаты работы использованы в следующих методических и отраслевых нормативных документах, разработанных под руководством и (или) при непосредственном участии автора:

1. Р 54-292-90. Расчёты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости при циклическом нагружении в жидких коррозионных средах / - М.: Госстандарт СССР, 1990.

2. РД 34.17.311-96. Методические указания по проведению ультразвукового контроля сварных соединений центробежнолитых труб из сталей 15Х1М1Ф и 15ГС / ВТИ, НПО "ЦНИИТМАШ", РАО "ЕЭС России". - М.: ВТИ, 1997.

3. СО 153-34.17.439-2003. Инструкция по продлению срока службы сосудов, работающих под давлением / Госгортехнадзор РФ, Минэнерго РФ, РАО "ЕЭС России". - М.:ОАО "ВТИ", 2005.

4. РД 10-577-03. Типовая инструкция по контролю металла и продлению срока службы основных элементов котлов, турбин и трубопроводов тепловых электростанций / - М.: ФГУП "Промышленная безопасность", 2004.

5. СО 153-34.17.442-2003. Инструкция по порядку продления срока службы барабанов котлов высокого давления / Минэнерго РФ. - М.: ЦПТИ ОРГРЭС, 2004.

6. СО 153-34.17.470-2003. Инструкция о порядке обследования и продления срока службы паропроводов сверх паркового ресурса / Госгортехнадзор РФ, Минэнерго РФ, РАО "ЕЭС России". - М.: ОАО "ВТИ", 2004.

7. СО 153-34.17.464-2003. Инструкция по продлению срока службы трубопроводов II, III, и IV категорий / Госгортехнадзор РФ, Минэнерго РФ, РАО "ЕЭС России". - М.: ЦПТИ ОРГРЭС, 2004.

8. СО 153-34.17.608-2003. Инструкция по обследованию и технологии ремонта барабанов котлов высокого давления / Госгортехнадзор РФ, Минэнерго РФ, РАО "ЕЭС России". - М.: ОАО "ВТИ", 2004.

9. СТО 17230282.27.100.005-2008. Основные элементы котлов, турбин и трубопроводов ТЭС. Контроль состояния металла. Нормы и требования / - М.: РАО "ЕЭС России", 2008.

Размещено на Allbest.ru