ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: ENERGETYKA z. 120
1994 Nr kol. 1260
Wojciech BRUNNE PRO NOVUM, Katowice
USZKODZENIA R U R PRZEGRZEWACZA
NAŚCIENNEGO 11° W KOTLE O P -650 I SPO SÓ B USUNIĘCIA PRZYCZYN AWARII
S tr e sz c z e n ie . Częste, pow tarzające się aw arie r u r przegrzew acza naściennego ko tła O P -650 skłoniły użytkow nika do poszukiw ań przy
czyn aw arii. W w yniku analizy wyników b a d ań i pom iarów oraz obli
czeń konstrukcyjnych całego węzła stwierdzono, że przyczyną uszko
dzeń r u r je s t zaleganie wody (skroplin) w kom orze wlotowej przegrze
wacza powyżej otworów króćców. N ieodw adnialność kom ory była spo
wodowana przeciwnym spadem rurociągów kom unikacyjnych pomiędzy kom orą wlotową przegrzew acza a kom orą wylotową ściany działowej II ciągu. Awarię usun ięto nadając rurociągom kom unikacyjnym właściwy spad i projektując odwodnienie kom ory wlotowej, któ re n astęp n ie wyko
n ał użytkow nik kotłów.
DAMAGE TO THE FURNACE WALL 2nd STAGE SU PERH EATER IN OP-650 BOILER AND METHOD OF FAILURE SOURCE ELIM INATION
Sum m ary. Frequ ently occuring failures of th e tu b es of th e furnace wall su p e rh e a te r in O P -650 boiler induced th e u se r to identify th eir source.The whole su p e rh e a te r assem bly w as subjected to exam ination and m easu rem ents followed by ap p rop riate calculations. The analysis of all th e resu lts indicated th a t th e failu res w ere caused by condensate accum ulating in th e su p e rh e a te r in let h e a d er above th e nozzle holes.
The d rainin g of th e h e a d er w as ren d ered im possible by an inverse inclination of th e com m unicating pipelines betw een in le t h e a d er and th e outlet he a d er of th e p a rtitio n w all of th e 2nd boiler pass. The source of failure w as rem oved by providing a correct inclination of th e pipeline and d rainage of th e h eader, all w ork on site being perform ed by th e user of th e boilers.
82 Wojciech Brunne
RÖHRENBESCHÄDIGUNGEN EIN ES W AND-ÜBERHITZERS II DES KESSELS O P-650 UND METHODE DER STÖRUNGSBEHEBUNG
Z u sam m en fassu n g. Oftmalige, w iederholende Störungen an Röhren eines W andüberhitzers des Kessels O P-650, h ab en den B enutzer zum Aufschluss der S törungsursachen veran lasst. A uf Grund einer Analyse der U ntersuchungs und M essergebnisse sowie K onstruktionsberechnungen der ganzen K notenstelle stellte m an fest, dass ein Ausfüllen m it K ondensw asser der E ingangskam m er des Ü berhitzers oberhalb der Öffnung des R ohrstutzen, die U rsache der Störung ist. Die nich t d u rchführbare E n tw ässeru n g w ar d urch eine entgegengesetzte Neigung der V erbindungsleitungen zwischen der E ingangskam m er des Ü berhitzers u n d T rennw andsgangskam m er des II Zuges, v erursacht. Die Störung w urde beseitigt, indem m an der V erbindungsleitungen die richtige N eigung gegeben h a t un d dass m an eine E ntw ässerung der E ingangskam m er p ro jek tiert h a t, die d ann der B enutzer angefertigt h at.
1. WPROWADZENIE
Po blisko dwudziestoletniej eksploatacji kotłów O P -650 stwierdzono nieod- w adnialność komór wylotowych ścian działowych II ciągu i kom ór wlotowych przegrzewaczy naściennych drugiego stopnia. Z powodu b rak u skutecznego odwodnienia komór wlotowych występowały częste uszkodzenia r u r przegrze
waczy <(> 57 i ich króćców oraz wygięcie samej komory. Stwierdzono, że rurocią
gi kom unikacyjne n a odcinkach poziomych m ają spady przeciw ne (w kierunku komór). Nie je s t znany k ierunek spadów przed uruchom ieniem kotła w 1974. 01. 31, niemniej jed n ą z przyczyn pow stania przeciwnych spadów lub pogłębienia się sta n u początkowego była niew łaściw a p raca zawieszeń spręży
nowych stałosiłowych. Stwierdzono ugięcie rurociągów kom unikacyjnych. Po
m iar ugięcia przeprowadzono geodezyjnie instalu jąc stałe repery.
2.OBLICZENIA KONSTRUKCYJNE
2.1. Z a ło żen ia do o b lic z e ń k o n str u k c y jn y ch Przyjęto, że układ obliczeniowy stanow ią:
- kom ora wylotowa ściany działowej II ciągu w raz z ru ra m i <j) 38 x 4 mm, - kom ora wlotowa przegrzew acza naściennego 11° w raz z ru ram i (¡) 57 x
5 mm,
- rurociąg kom unikacyjny <J) 324 x 22 mm.
Sym etria u kładu względem osi kotła pozwoliła n a włączenie do schem atu obliczeniowego połowy całego układu. Oddziaływ anie odrzuconej części zosta
ło uwzględnione przez zadanie odpowiednio dobranych fikcyjnych zamocowań
Uszkodzenia rur przegrzewacza naściennego 11° 83
w miejscu przecięcia u k ładu przez płaszczyznę sym etrii kotła. Obliczenia przeprowadzono w pięciu w ariantach .
Obliczenia 1—4 są obliczeniami n a działanie ciężaru w łasnego u k ład u i reakcji zawieszeń przy różnych kom binacjach tych zawieszeń. R ozpatryw ane były sytuacje, gdy w szystkie trz y zaw ieszenia funkcjonują lub każde z nich po kolei je s t usu nięte. Obliczenie 5 to obliczenie sam okom pensacji (bez ciężaru).
2.2. O b liczen ia sp ra w d za ją ce
Przez program zostały dobrane reakcje zaw ieszeń dla przypadku, gdy wszy
stkie trzy zaw ieszenia s ą zam ontow ane w przew idzianych przez projekt miej
scach. Z wyników obliczeń widać, że w p rzypadku n a tu raln eg o rozkładu ciężaru n a poszczególne zaw ieszenia (tzn. w przypadku sztywnego podparcia punktów zamocowań) zaw ieszenie środkowe, oznaczone n r 7 wg projektu, je st mocno niedociążone w porów naniu z sąsiednim i zaw ieszeniam i.
Reakcje zawieszeń n r 6, 7 i 8 są równe odpowiednio: 25.900, 28.750, 26.000 N. Wg projektu n atom iast wynoszą:
- zawieszenie n r 6 24.700 N, - zawieszenie n r 7 51.000 N, - zawieszenie n r 8 20.300 N.
2.3. O b liczen ia d la p r o p o n o w a n e g o sp o so b u z a m o c o w a ń r u r o c ią g u Zawieszenie środkowe n r 7 zostało usunięte. Reakcje sąsiednich zawieszeń nieznacznie wzrosły i wynoszą:
- zawieszenie n r 6 28.500 N, - zawieszenie n r 8 26.700 N.
2.4. O b liczen ie d la sy tu a cji o d c ią ż e n ia z a w ie s z e n ia n r 8
Zostało u su n ięte zawieszenie n r 8 (od strony przegrzew acza naściennego).
Cały ciężar 60.100 N przejm uje zaw ieszenie n r 7 (ze sprężyną zderzakową).
Dla zaw ieszenia n r 6 otrzym ano reakcję u jem n ą —12.100 N. Znaczy to, że punkt zamocowania n r 6 pod działaniem powstałego u k ład u sił m a tendencję do przem ieszczenia pionowego w górę. (Duże przem ieszczenia pionowe!).
Wynik powyższych obliczeń obrazuje sytuację, gdy kocioł je s t w stanie zimnym. Zawieszenie n r 8 praktycznie nie pracuje (luźne dolne cięgno
<]) 25 mm). Cały ciężar rurociągu podtrzym uje zaw ieszenie n r 7 przew idziane przez p ro jek tan ta do udźwigu 51.000 N. W w yniku n arastającej liczby p rze
ciążeń zawieszenie to ulega zniszczeniu. W obecnym rem oncie stwierdzono pokrzywienie belek poprzecznych i nierów nom ierne zwinięcie płaskow nika sprężyny. Powyższe uszkodzenia kw alifikują zaw ieszenie do wym iany.
2.5. O b lic ze n ie d la sy tu a c ji o d c ią ż e n ia z a w ie s z e n ia n r 6
Zostało u su n ięte zawieszenie n r 6 (od strony ściany działowej II ciągu).
Ciężar rozłożył się praw ie rów nom iernie pom iędzy pozostałym i zaw ieszenia
mi n r 7 i 8: odpowiednio 26.800 N i 22.000 N. W ynik tego obliczenia potw ier
84 Wojciech Brunne
dza konkluzje zaw arte w pkt. 2.4, ponieważ wyłączenie z pracy zamocowania 6 nie powoduje przeciążeń żadnego z pozostałych zawieszeń.
2.6. O b liczen ia sa m o k o m p en sa cji b ez u w z g lę d n ie n ia c ię ż a r u
Została zam eldow ana następ u jąca sytuacja: odebrano możliwość przem ie
szczenia pionowego w dół w m iejscu zaw ieszenia n r 7 (sytuacja zbliżona do rzeczywistej o tyle, że zawieszenie to je s t bardzo sztywne), n ato m ia st ściany komory działowej przegrzew acza naściennego przem ieszczają się w dół o wielkość w ynikającą z zadanej tem p e ra tu ry (dla r u r <j> 57 przegrzewacza naściennego 430°C i dla ru r <j) 38 ściany działowej 415°C).
C iężar w łasny w obliczeniach został pom inięty. W yniki obliczeń wskazują, że rurociąg kom unikacyjny n a odcinkach znajdujących się n a poziomie:
- kom ory wlotowej przegrzew acza naściennego, - kom ory wylotowej ściany działowej II ciągu, zadziera się w górę w m iarę oddalania się od komór.
Obliczenia w pełni potw ierdzają z a istn ia łą n a kotle sytuację. N a skutek zbyt sztywnego zaw ieszenia n r 7 blokowany był ruch rurociągu w dół. Było to przyczyną trw ałego odkształcenia odcinków poziomych rurociągu, co w konse
kwencji doprowadziło do przeciwnych spadów i b rak u odwadnialności komór.
3. PRZYCZYNY AWARII
Nieodwadnialność komór, a zwłaszcza kom ory wlotowej przegrzew acza n a
ściennego powodowała zatykanie korkam i wodnymi króćców dolnych ru r przegrzewacza, co było z jednej strony przyczyną ich nadm iernego przegrze
w ania i w konsekwencji wydłużenia, a tym sam ym w ypychania do w nętrza kotła, z drugiej strony powodowało uszkodzenia króćców w w yniku działania sił gnących. Odw adnialność komory wlotowej przegrzew acza rozw iązano na dwa sposoby:
- zabudowując dodatkowe odwodnienie komory, - prostując rurociąg kom unikacyjny.
Projekt odwodnienia komory wlotowej przegrzew acza naściennego II0 za
w iera spraw ozdanie PRO NOVUM n r PN /72.198/92 [1], Technologię napraw y rurociągu komunikacyjnego opisano w spraw ozdaniu PRO NOVUM n r 26.252/93 [2],
4. NAPRAWA RUROCIĄGU
Przedm iotem napraw y był rurociąg kom unikacyjny (j) 324 x 22 mm ze stali 15 HM pomiędzy kom orą wylotową ściany działowej II ciągu a kom orą wloto
Uszkodzenia rur przegrzewacza naściennego 11° 85
wą przegrzewacza naściennego II0 po lewej i praw ej stronie kotła O P-650 produkcji Raciborskiej F abryki Kotłów RAFAKO.
N apraw a rurociągu polegała n a rów nom iernym podgrzew aniu obu jego odcinków poziomych. Początkowo do te m p e ra tu ry 150°C, po osiągnięciu której należało sczepić przez spaw anie w osłonie argonu n a k rę tk i z rurociągiem . Po podłączeniu term o par i spraw dzeniu u k ład u pom iaru i rejestracji te m p e ra tu ry kontynuowano podgrzew anie rurociągu z prędkością 150°C/h do tem p e ra tury 670°C. Oba podgrzew ane odcinki rurociągu w ytrzym ano w tej tem p e ra turze przez 30 m inut, a n astęp n ie rozpoczęto operację kontrolow anego opusz
czania za pomocą zawieszeń montażowych.
W trakcie opuszczania rurociągu kontrolowano jego położenie m etodam i geodezyjnymi równocześnie n a obu odcinkach. Po u zy skaniu zadowalającego położenia rurociągu rozpoczęto proces stud zen ia z prędkością 60°C/h do tem peratury 200°C, a n astęp nie studzenia w pow ietrzu. Cały proces cieplny rejestrowano. Po pełnym w ystudzeniu powtórzono pom iar położenia rurocią
gu oraz wykonano badanie m agnetyczne, tw ardości i owalizacji. Przy b ad a
niach m agnetycznych zwrócono baczną uw agę n a m iejsca po zeszlifowanych nakrętkach pod term opary. Zam ontowano nowe stałe zaw ieszenia ciężarko- wo-dźwigniowe i zdemontowano zaw ieszenia m ontażowe. C ałą operację po
wtórzono n a drugiej, sym etrycznej stronie kotła.
5. NOWY UKŁAD ZAWIESZEŃ RUROCIĄGU
Z obliczeń konstrukcyjnych wynika, że w stan ie zim nym zamocowanie n r 7 jest nieobciążone. W stanie gorącym zbyt sztyw ne zaw ieszenie n r 7 (ze spręży
ną taśm ow ą) uniem ożliwia obniżanie się rurociągu, a to z kolei powoduje zadzieranie w górę prostoliniowych odcinków rurociągu. S ytuacja ta k a prow a
dzi z kolei do wyłączenia z pracy stałosiłowego zam ocowania sprężynowego n r 8. Powoduje to przeciążenia (niem al dw ukrotne) zaw ieszenia n r 7. Oględziny zawieszeń w ykazały znaczne wygięcie belki nośnej zaw ieszenia n r 7. W tej sytuacji zastosowano dwa identyczne zaw ieszenia stałosiłowe dźwigniowo- ciężarkowe o udźwigu 30 kN o konstrukcji typowej dźwigni dw ustronnej (stosunek ram ion 1:10) projektow ane przez Energoprojekt Katowice. Jedno z zawieszeń zainstalow ano w miejscu dotychczasowego zaw ieszenia sprężyno
wego n r 6. Zamocowanie n r 7 n a stałe odłączono od rurociągu. W miejscu dotychczasowego zaw ieszenia n r 8 zainstalow ano drugie z zawieszeń dźwigniowo-ciężarkowych.
Nowe zaw ieszenia dźwigniowo-ciężarkowe należy w sta n ie zimnym u s ta wić w ta k i sposób, aby długie ram ię dźwigni wskazywało godzinę piątą.
Obniżenie się rurociągu o około 100 mm w stan ie gorącym powinno spowodo
wać ustaw ienie się dłuższego ram ien ia dźwigni zam ocowania n a godzinę trzecią. Położenie to je s t prawidłowe dla s ta n u gorącego.
86 Wojciech Brunne
6. POMIARY I BADANIA SPRAWDZAJĄCE
W końcowej fazie napraw y przeprowadzono b ad an ia m agnetyczne kolan i spoin obszarów rurociągu objętych napraw ą. Przeprowadzono pom iary owali- zacji i grubości ścianki oraz tw ardości przed i po operacji prostow ania. Wyniki badań wskazują, że technologia napraw y rurociągu nie wprowadziła żadnych zmian w stanie m ateriału rurociągu i nie wprowadziła dodatkowych naprężeń.
7. WNIOSKI
1. W yniki obliczeń w skazują, że zm iana system u zaw ieszeń polepszy w arun
ki pracy rurociągu komunikacyjnego.
2. Zaproponowana technologia napraw y (prostowania) rurociągu kom unika
cyjnego pozwala n a likwidację przeciwspadów, co zapew nia właściwe od
wodnienie komór.
3. A daptacja technologii napraw y rurociągu kom unikacyjnego n a inne kotły O P-650 wym aga analizy param etrów obróbki cieplnej elem entów prosto
w anych, jak ie przyjęto w trakcie procesu w ytw arzania.
4. Dodatkowe odwodnienie komory wlotowej przegrzew acza naściennego II0 je s t rozw iązaniem pozwalającym n a odwodnienie kom ory w sytuacji, gdy nie było możliwości idealnego w yprostow ania rurociągów kom unika
cyjnych.
1000
Rys. 1. W yniki pom iarów geodezyjnych tra s y odcinków poziomych rurociągów kom unikacyjnych pomiędzy kom orą wylotową ściany działowej II-go ciągu, a kom orą wlotową przegrzew acza naściennego 11° kotła OP-650
Fig. 1. A effect of a survey of a ro u te of horizontal sections of com m unication pipelines betw een a outlet cham ber of a division w all of a second d ra u g h t a n d a in le t cham ber of a second grade pen d an t su p e rh e a te r of a boiler OP-650
^1
Uszkodzeniarur przegrzewacza naściennegoIT..
88 Wojciech Brunné
Rys. 2. Schem at rurociągu komunikacyjnego stosowany w obliczeniach konstrukcyjnych Fig. 2. A diagram of a com munication pipeline u sed in construction calculations
Rys. 3. Rurociąg kom unikacyjny - u kład przyjęty w obliczeniach Fig. 3. A com m unication pipeline - a configuration u sed in calculations
Uszkodzeniarur przegrzewacza naściennego If..
90 W ojciech Brunne
W sporniki
II wspornik' T w s p o rn ik
z k o m o r ą
Rys. 4. Lokalizacja obszarów poddanych procesowi nagrzew ania Fig. 4. Placem ent of h e a te d aveas
r
F
\ \ W \ \ \\\ \
\ \
\ \
\ >
$
-I---- I---
P „ . 3000[nJ
A y . + 100 [mm]
f ^ = t
Rys. 5. Zawieszenie dźwigniowo-ciężarkowe (C-2859 E nergoprojekt Katowice) Fig. 5. A lever-bob pipe h an g e r
Uszkodzenia rur przegrzewacza naściennego II” 91
LITERATURA
[1] S iberta T., Szopa M.: Odwodnienie kom ory wlotowej przegrzew acza pary świeżej II0. Spraw ozdanie PRO NOVUM n r PN /72.198/92 (praca nie publikow ana).
[2] B runne W., Smyczek B.: Zm iana zawieszeń i ich regulacja oraz technolo
gia prostow ania rurociągu kom unikacyjnego pom iędzy kom orą wyloto
w ą ściany działowej drugiego ciągu a kom orą wlotową przegrzew acza naściennego II0 n a kotle K -4. Spraw ozdanie PRO NOVUM N r 26.252/93 (praca nie publikow ana).
Recenzent: Prof, d r hab. inż. J a n TALER Wpłynęło do Redakcji 7. 08. 1994 r.
A bstract
D uring (power u n it 200 MW) several years of th e operation of O P-650 boilers rep eated dam age were found to occur on th e tu b es of th e furnace wall superheater, th e dam age covering specifically th e tu b es whose nozzles were situated paralelly to th e b o iler-tu rb in e axis and whose o utlet is situ a te d a t mid - heig h t of th e in let h e a d er of furnace w all su p erh eater.
After a com prehensive analysis of th e situ atio n th e source of failure was found consisting in th a t th e w a te r locks w ere form ing in th e nozzles of lower sup erheater tubes, i.e. th e condensate rem ain ed in th e h e a d er durin g the stand still of th e boiler.
According to th e design of th e boiler th e d rain in g of th e h e a d er w as to be provided by th e h e a d er d rain ing nozzles an d th ro u g h th e com m unicating pipeline betw een said head er and th e o u tlet h e a d er of th e p a rtitio n w all of the 2nd boiler pass.
The resu lts of m easu rem en ts an d exam ination in dicated th a t th e comm uni
cating pipelines were provided w ith an inverse inclination and no draining nozzles w ere bu ilt on th e h e a d er itself. This th e solution of th e problem consisted iu:
- providing a correct inclination of th e com m unicating pipelines, - in stallin g an adequate d rain in g system on th e header.
The rep a ir w as m ade as follows:
- th e com m unicating pipelines w ere hot straig h ten ed ,
- th e arran g em en t of com m unicating pipelines suspension was modified, - th e drain ing system of th e in let h e a d er of th e w all furnace 2nd stage
su p e rh e a te r was designed.
