Анализ повреждаемости маслоохладителей паровых турбин

В системе масло-снабжения паротурбинной установки одним из элементов, несовершенных в экологическом отношении, является маслоохладитель. Поэтому при решении задач охраны водоемов электростанций от загрязнения турбинным маслом важно обеспечивать повышенную плотность этих теплообменных аппаратов. Замкнутые контуры водоснабжения маслоохладителей, встроенные в сливные водоводы, аварийные масло-ловушки, подвод к маслоохладителям воды с давлением выше давления масла и другие аналогичные решения [II. направленные на ликвидацию последствий повреждаемости маслоохладителей, должны выполнять исключительно защитную (предохранительную) функцию при эпизодическом, кратковременном нарушении плотности трубного пучка теплообменного аппарата. При этом создание экологически совершенной системы масло-снабжения не должно достигаться ценой снижения надежности и экономичности работы оборудования электростанции.
Для выяснения причин и характера нарушений плотности маслоохладителей эксплуатируемых паровых турбин УралВТИ в течение 1974—1980 гг. провел обследования условий эксплуатации 2100 указанных аппаратов на 770 турбоагрегатах мощностью от 25 до 800 МВт более чем на 150 тепловых и атомных электростанциях. Результаты этих обследований приведены в таблице.
При анализе характера повреждений маслоохладителей были использованы следующие количественные оценки:
М — общее число обследованных аппаратов;
Га — число «абсолютно герметичных» аппаратов, трубные пучки которых никогда не повреждались и, по данным визуального осмотра» не имели предрасположенности к повреждениям;
Гу — число «условно герметичных» аппаратов, трубные пучки которых содержали не более 2 . . .3 отглушенных за время эксплуатации трубок; при этом отмечался элемент случайности (не типичности) повреждения трубок: при грубом шомполении во время ремонтов, размораживания и др.;
Г—Га+Гу — общее число плотных маслоохладителей;
Яа — число «абсолютно неплотных» аппаратов, т. е. с явно выраженной склонностью к нарушению герметичности, частым (ежегодным) вынужденным ремонтам трубной системы и отглу-шеиием сразу нескольких (более 3 . . .4) дефектных трубок;
Ну — число «условие неплотных» маслоохладителей, т. е. с несистематическими нарушениями плотности трубной системы (отглушение или замена 3 . . .4 и более трубок через каждые 2 . . .4 года эксплуатации):
Я=Яа+Я — общее число неплотных маслоохладителей; Яр — число маслоохладителей, «предрасположенных» к нарушению плотности, т. е. хотя и содержащих иа день обследования явно выраженные следы коррозии, однако пока без сквоз-ных язвни или трещин;
Яв — число неплотных маслоохладителей, имеющих пре-имущественное повреждение вальцовочных соединений;
Як — число неплотных маслоохладителей с явным преобладанием язвенной (сквозной) коррозии;
#т — число неплотных маслоохладителей, имеющих преимущественное повреждение собственно трубок (трещины, обрывы);
сн — число неплотных маслоохладителей, работающих на воде с условно низкой мииерализоваииостью (солесодержание не более 300 мг/л);
Нсп — то же, но работающих на воде с условно повышенной минерализоваиностью (солесодержание более 300 мг/л).
Очевидно, что М = Г + Н+Пр, Я—Яв+Як-1-Ят = ЯСн+Ясд.
Обследованные маслоохладители были разбиты на четыре группы в зависимости от использования следующих материалов для трубных пучков: 1) обычной латуни Л 68; 2) оловянистых и алюминиевых латуней типа ЛО 70-1; ЛОМш 70-1-0,06; ЛА 77-2; ЛАМш 77-2-0,06 и др.; 3) медноникелевых сплавов типа МНЖМц 5-1 -0,8; МНЖМц 30-0,8-1; 4) нержавеющей стали типа 1Х18Н9Т, Х18Н12М2Т.
Кроме того, при анализе маслоохладителей учитывали завод-изготовитель аппарата, типоразмер аппарата (М-540, М-240, МБ-190-250, МБ-90-135, МБм-90-135, МБ-63-90, МБм-63-90, МО-50-75, и др.), тип водоснабжения (прямоточный, с использованием прудов, с градирнями).
Анализ повреждаемости эксплуатируемых маслоохладителей (см. таблицу) показал явное преимущество трубных пучков, изготовленных из коррозионно-стойких материалов (оловянистые и алюминиевые латуни, медно-никелевые сплавы, нержавеющая сталь) перед обычной латунью Л68. Из 2100 (100 %) обследованных маслоохладителей обнаружено неплотных 751 (35,8 %) с трубками из латуни Л 68; 86 (4,1 %) — с трубками из латуни ЛО 70-1-0,06, ЛАМш 77-2-0,06 и др.; 45 (2,1 %)— с трубками из сплава МНЖ.
Из общего числа обследованных маслоохладителей с трубками из латуни Л-68, по грубой оценке, каждый второй аппарат оказался неплотным. В настоящее время на энергомашиностроительных заводах прекращено использование этой латуни для новых теплообменников, а оставшиеся на электростанциях указанные маслоохладители дорабатывают свой ресурс. Однако, если исключить из рассмотрения «старые» (т. е. с использованием латуни Л-68) аппараты, то в «новых» (т. е. с использованием оловянистых и алюминиевых латуней, а также сплавов МНЖ) аппаратах (по грубой оценке) каждый пятый обследованный теплообменник (18,5 %) оказался неплотным.
В зависимости от длительности эксплуатации обнаружено два «всплеска» повышенного выхода из строя маслоохладителей (рисунок). Первый «всплеск» повреждаемости приходится на начальный период работы оборудования после монтажа (1...3 года), когда, по-видимому, отбраковываются трубки с заводскими дефектами (плохое вальцевание, недостаточный входной контроль трубок или полное отсутствие его на заводе, несоответствие материала трубок качеству охлаждающей воды и др.)* Второй «всплеск» повреждаемости приходится ориентировочно на десятилетний срок эксплуатации маслоохладителей, когда, по-видимому1, материал трубок исчерпывает ресурс своей работы и наступает время полной замены трубного пучка.
Обследования показали, что для латунных трубок типичными оказываются коррозионные повреждения и поломки из-за трещино-образований, а для трубок из медно-никелевых сплавов — повреждения вальцовочных соединений. При этом отмечаются прогрессирующие коррозионные повреждения трубок и вальцовочных соединений в маслоохладителях, работающих на воде с повышенной минерализованностью, в то время как обрывы трубок и трещинообразования происходят одинаково часто на воде с низкой и повышенной минерализованностью. Очевидно, что кольцевые трещины, обрывы, растрескивание трубок вдоль их образующих происходят из-за повышенных остаточных растягивающих напряжений в плохо отожженных трубках, не обнаруженных при заводском изготовлении. Такие трубки отбраковываются при эксплуатации на электростанции вне зависимости от солесодержания воды.
Вальцовочные соединения наиболее часто повреждаются в гладкотрубных маслоохладителях с малым шагом отверстий (гнезд) в трубных досках и значительно реже — в маслоохладителях с оребренными трубками, т. е. с большим шагом отверстий в трубных досках, когда создаются более благоприятные технологические условия для крепления трубок в гнездах.
Обследования подтвердили ранее полученные данные [2], что с повышением минерализованности (солесодержания) воды и увеличением концентрации хлор-ионов возрастает число повреждений теплообменных трубок. Четкого влияния показателя рН на герметичность маслоохладителей в данной работе обнаружено не было. Также не получено явно выраженного влияния типа водоснабжения (прямоточное, оборотное) на плотность трубных пучков маслоохладителей.
Спорадически нарушается плотность маслоохладителей и по вине эксплуатационного персонала, например, при резком снижении скорости воды в трубках (особенно в зимнее время), стимулирующей язвенную коррозию; неправильном содержании маслоохладителей в резерве, приводящем к интенсивной стояночной коррозии; использовании маслоохладителей для форсированного нагрева масла горячей водой; обдувке трубного пучка струей перегретого пара (при ремонтах). Отсутствие непрерывного контроля за содержанием нефтепродуктов в циркуляционной воде в значительной мере затрудняет своевременное распознавание и вывод в ремонт неплотных маслоохладителей.
Рекомендации Минэнерго по более ужесточенному, чем раньше, выбору марки материала трубок маслоохладителей в зависимости от качества циркуляционной воды, по модернизации трубных пучков маслоохладителей эксплуатируемых турбогенераторов, по упорядочиванию режимов эксплуатации водомасляных систем электростанций следует считать экологически обоснованными.
Энергомашиностроительным заводам необходимо уделять большое внимание выпуску стабильно плотных теплообменников, удовлетворяющих постоянно возрастающим экологическим требованиям.