Оптимизация контроля графитизации сварных швов паропровода из стали 20, с учётом результатов расчёта на прочность паропровода

Оптимизация контроля графитизации сварных швов паропровода из стали 20, с учётом результатов расчёта на прочность паропровода

7 апреля 2016
Едачёв Г.М.
Арсентьев Ю.П.
ООО «Тестэнергогаз»,

Безбородов С.М.,
Чесалкин А.В.
ООО «Теплоэнергетика экспертиза»


Владельцы паропроводов при выполнении требований раздела 3.4 п.3 РД-10-577-03 “Типовая инструкция по контролю и продлению срока службы металла основных элементов котлов, турбин и трубопроводов тепловых электростанций” зачастую сталкиваются с проблемами переварки всех сварных стыков паропровода из-за наличия графита в зоне термического влияния (ЗТВ) сварного соединения или заменой всего паропровода. Эта проблема относится к паропроводам среднего давления многие из которых размещены на ведомственных электростанциях. Из-за их ведомственной принадлежности обязательные работы в соответствии с РТМ по диагностике металла теплоэнергетического оборудования не всегда проводились на них в необходимом объеме.

Практика показывает, что при наработке паропроводов среднего давления из стали 20 более 120 тыс. часов в ЗТВ. сварных швов наблюдается свободное выделение структурно свободного графита. Графитизация сварного шва резко снижает его прочностные свойства. Из-за особенностей расположения выделившегося графита в сварном соединении особенно опасными становятся нагрузки, создающие изгибающие моменты в сечении сварного соединения. На рис.1 приведен образец сварного шва паропровода Ø273 х 10 из Ст.20 с графитизацией соответствующей баллу 4 [7]. Образец подвергнут испытанию на изгиб с оценкой по ТУ 14-3-460-75. Разрушение произошло по цепочке графита при угле изгиба < 100. Угол изгиба должен быть > 1200.

В соответствии с п. 2.6. РД 153-34.0 17.460-99 «Руководящий документ по восстановительной термической обработке и контролю графитизации паропроводов из углеродистых сталей, эксплуатируемых при температуре 350-450 градусов Цельсия, рекомендуется контроль графитизации сварных соединений проводить на двух сварных швах, примыкающих к ГПЗ котла и первому гибу после неё; на двух сварных швах, в районе врезки паропровода в поперечную связь (коллектор) и паровой задвижки; на двух сварных швах, в наиболее напряжённых сечениях, определённых по результатам поверочного расчёта.

На рис.2 приведена расчётная схема паропровода, на которой в цвете обозначены элементы паропровода, в которых расчётные напряжения превышают допускаемые. Паропровод отработал 120 тыс. часов, при tп – температуре перегретого пара: 400 tп  450С.
К сварным соединениям в большей степени подвергающимся изгибающим нагрузкам относятся сварные швы тройников и сгибов. При оценке их графитизации более 2-го балла паропровод должен быть остановлен. Кроме графитизации сварных швов на паропроводах отработавших более 120 тыс. часов наблюдаются также другие дефекты и отклонения от РТМ.

Для оценки влияния величины напряжений в элементах паропровода, приведенного на рис. 2, на степень графитизации сварных швов, был выполнен контроль их графитизации на сколах, отобранных из зон термического влияния сварных швов.

Анализ результатов выполненных работ выявил следующее:
Графитные выделения обнаружены, в среднем, в 85 % сварных швов.
Оценочные баллы графитизации с одной и с другой стороны шва неодинаковы. Имеются случаи, когда с одной стороны шва графитные выделения оценены баллом 1, а с другой стороны - баллом 3.

Свободно выделившийся графит обнаружен на некоторых участках коллекторов (поперечных связях) в основном металле, где σ расч/σ доп > 1 (рис.2).
В результате обследования опорно-подвесной системы и положения осевой линии паропровода выявлены отклонения от нормативов.

Поверочный расчет на прочность показал, что на некоторых участках паропровода имеются недопустимо высокие напряжения и требуется переналадка ОПС и исправление осевого положения паропровода.

Наблюдается корреляция степени графитизации сварных швов с напряжениями в этих сечениях (рис.3).

Участки графитизации основного металла паропроводов совпадают с участками напряжений, возникших из-за неправильно работающей опорно-подвесной системы.
Балл графитизации ЗТВ, примыкающей к литью арматуры, всегда ниже, чем в ЗТВ со стороны трубы.

Полученный анализ позволяет сделать вывод о том, что для оценки степени графитизации необходим комплексный подход, учитывающий особенности выделения структурно-свободного графита, в связи с состоянием ОПС, состоянием осевой линии паропровода, с оценкой напряжений в элементах паропровода.
Выделениям структурно свободного графита в основном металле и ЗТВ способствует нарушение в работе ОПС. Указанная зависимость свидетельствует о связи процессов графитизации с напряжениями, возникающими из-за неправильной работы ОПС паропровода.

При проведении контроля графитизации сварных швов, следует в первую очередь контролировать сварные швы, примыкающие к элементам паропровода, находящимся в зонах наибольших напряжений, полученных по результатам поверочного расчёта на прочность.


Литература:

1. РД 10-577-03 Типовая инструкция по контролю и продлению срока службы металла основных элементов котлов, турбин и трубопроводов тепловых электростанций. М. 2003.
2. Антикайн П.А. Надежность металла паровых котлов и трубопроводов. М.: Энергия, 1973.
4. РД 153-34.0-17.464-00 Методические указания по контролю металла и продлению срока службы трубопроводов II, III и IV категорий. М 2001.
5. РД 153-34.0 17.460-99 Руководящий документ по восстановительной термической обработке и контролю графитизации паропроводов из углеродистых сталей, эксплуатируемых при температуре 350-450С. М. 1999.
6. Шкляров М.И., Осмаков В.Н., Едачев Г.М., Шельпяков А.А. Некоторые особенности выделения структурно свободного графита в сварных соединениях паропроводов из углеродистых сталей. Теплоэнергетика №5, 1999.
7. ОСТ 34-70-690-96 Металл паросилового оборудования электростанций. Методы металлографического анализа в условиях эксплуатации.


Разрушение образца по графитным выделениям в
в зоне термического влияния (ЗТВ).

g1.png
g2.png















































Рис. 1
Сечение графитизированного сварного шва (балл графитизации-4). Рисунок иллюстрирует закономерность расположения графитных выделений в ЗТВ.
Графитные выделения начинаются с 0,5-1,0мм.от поверхности. М: 1x100.



g3.png























Рис.2
Отношение расчётных напряжений к допускаемым напряжениям в элементах обследуемого паропровода при рабочем режиме (наибольшие напряжения получены в сварных швах в зоне врезки паропровода в коллектор,
σ расч/σ доп > 1 и в сварных швах гибов, отмеченных жёлтым цветом,
σ расч/σ доп > 0,8)


g4.png


















Рис.3
Микрошлиф сварного шва в зоне врезки паропровода в коллектор (рис.2, σ расч/σ доп > 1), графитизация 3-го балла. М: 1х1000.



Короткая ссылка на новость: https://a-economics.ru/~NtbIf