Метод определения фактической температуры металла поверхностей нагрева котлов

Переход к системе обслуживания и ремонта оборудования ТЭС и ТЭЦ по техническому состоянию создает предпосылки для широкого внедрения в энергетике систем обслуживания, контроля, технического диагностирования и мониторинга.

Современное развитие средств измерительной техники, а также высокий уровень программнотехнических комплексов АСУТП электростанций открывают новые пути в создании и организации вышеуказанных систем для обеспечения надежности и эффективности эксплуатации поверхностей нагрева.

Состояние металла поверхностей нагрева, камер, коллекторов, перепускных труб определяет надежность работы котла.

Наиболее повреждаемыми в тракте котлов являются пароперегревательные и испарительные поверхности нагрева, на температурный режим которых влияют условия эксплуатации.

Основными источниками информации о температурных режимах являются измерения температуры металла в обогреваемой зоне, температуры среды на выходе из наиболее теплонапряженных змеевиков, средних температур за каждой ступенью пароводяного тракта котла. Измеренная с помощью температурных вставок температура является фактической температурой металла, поскольку учитывает все эксплуатационные факторы, влияющие на нее, и предоставляет самую надежную информацию, от которой зависят прочностные и физические свойства металла, определяющие уровень накопленной поврежденности и в итоге - долговечность труб. Очень важно при этом установить вставки в зоне наиболее теплонапряженных и обогреваемых участков труб. Несвоевременная и недостаточная информация о темпе-

ратурном режиме может стать причиной повреждения труб.

Однако не всегда есть возможность установить дорогостоящие температурные вставки и дополнительные термопары для определения фактической температуры металла.

В УралВТИ по результатам обобщения экспериментальных и аналитических исследований температурного режима поверхностей нагрева котлов энергоблоков 150-800 МВт разработаны методики расчета фактической температуры и остаточной долговечности металла.

Использование этих методик позволяет:

• •    определять наиболее теплонапряженные зоны, узлы и элементы с максимальными температурами металла;

• •    осуществлять контроль за ними (вырезкой образцов);

• •    выявлять причины появления и развития дефектов;

• •    производить оценку долговечности;

• •    планировать частичную или полную замену.

За основу в методике расчета фактической температуры металла труб поверхностей нагрева принята формула [1]:

• ^? M ^{= /}П + Р₉(*П ^-,п) + ^МП>              (1)

где /_м - температура металла на входе в пароперегреватель; г_п - температура пара на входе в пароперегреватель; Г_п - температура пара на выходе из пароперегревателя; АГ_МП=Г_М-Г_П - разность температур металла ( t_M ) и пара (Г_п) в точке замера или расчета; р_д = ч_тЛ_к/р_г - тепловая разверка пароперегревателя, характеризующая неравномерность тепловосприятия отдельных змеевиков; Чт = ЛшЛгл ^_ тепловая неравномерность со стороны газов по ширине ( ц_ш ) и глубине ( ц_гл ) газохода; ц_к = Н_х[Н_ср - конструктивная нетождествен-ность, определяемая разной длиной труб в обогре-

Метод определения фактической температуры металла поверхностей...

ваемой зоне, где Н_х - площадь отдельного змеевика, а Н_ср - средняя площадь змеевика; р_г = G_x jG^ - гидравлическая разверка определяемая как отношение расхода в данной трубе ( G_x ) к среднему расходу ( G_cp ) по трубам пароперегревателя.

Для определения местоположения змеевика с максимальной температурой пара и металла производится расчет для каждого элемента величины тепловой разверки ( p_q ) и ее составляющих (л_т и р_г) по ширине и глубине газохода котла и строятся графики распределения этих величин.

Наибольшую сложность в таких расчетах представляет расчет тепловой неравномерности по ширине всего газохода котла (г|т), определяемой по [2].

Для каждой ступени ширм по расчетным данным находятся максимальное, минимальное и среднее значения тепловой неравномерности, затем рассчитывается относительная величина для каждого элемента ступени:

Лотн.д: >

Лт.ср где цтд. - тепловая неравномерность отдельной ступени ширм; Т]тср - средняя тепловая неравномерность ступени ширм.

Расчет гидравлической разверки выполняется по [3], где представлены алгоритмы расчетов более 20 коллекторных схем.

Результаты расчета и графическое представление т]_т, р_г, и p_q позволяют определять зоны с максимальными и минимальными значениями этих параметров, а также взаимное их влияние на температуру металла.

Так для случая, когда минимальные расходы имеют крайние ширмы, а максимальные - ближе к центру газохода, то по характеру распределения тепловая неравномерность и гидравлическая разверка совпадают, что приводит к уменьшению тепловой разверки и, как следствие, к снижению температуры металла. В этом случае имеет место компенсация расходами пара тепловой неравномерности со стороны газов. Совпадение по месту максимальных pq и цт дает основание считать эти трубы наиболее тепло-напряженными, т.е. с максимальной температурой пара и стенки. Во всех многозаходных змеевиках поверхностей нагрева такими являются внешние, самые длинные и обогреваемые змеевики.

В средних ширмах расчетная тепловая неравномерность и гидравлическая разверка взаимно распределены так, что в результате их взаимодействия тепловая разверка становится выше тепловой неравномерности, так как в месте максимума г]т расположены ширмы с минимальными расходами и наоборот. Такое взаимодействие предполагает наличие самых теплонапряженных ширм в центре газохода и соответственно их внешних змеевиков.

Заключение

Практическое применение методики расчета фактической температуры металла стенки труб и определение местоположения наиболее теплонапряженных элементов и участков труб позволят выявить очаги зарождения поврежденности. Данная методика будет апробирована для оценки технического состояния металла труб и их долговечности на котле стана № 6 ЦЭС ММК. Для этого в пароперегревателе будут установлены и подключены к АСУТП термопары для организации автоматизированного контроля и мониторинга за температурным режимом наиболее теплонапряженных труб и последующего расчета остаточной долговечности металла [4].