Технология восстановительного ремонта и диагностики мостиков трубной решетки барабанов котлов высокого давления
Кузбасский государственный
технический университет
имени Т.Ф. Горбачева
ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО РЕМОНТА
И ДИАГНОСТИКИ МОСТИКОВ ТРУБНОЙ РЕШЕТКИ БАРАБАНОВ КОТЛОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
А.Н. Смирнов, д. т. н., В.Л. Князьков,
к. т. н., Н.В. Абабков, к. т. н.
г. Кемерово, Российская Федерация
В статье рассмотрен пример восстановительного ремонта
поврежденных мостиков трубной решетки барабанов котлов высокого давления.
Ремонт заключался в удалении дефектного металла, наплавке модулированным током
при проведении предварительной и сопутствующей термической обработки. После
наплавки, помимо традиционных методов контроля, применялся
спектрально-акустический метод.
В период эксплуатации барабанов котлов высокого давления,
изготовленных из сталей 16ГНМ, 22К и 16М на предприятиях ОАО
"Кузбассэнерго", были выполнены ремонтно-восстановительные работы,
технология которых не полностью приведена в инструкции [1]. Данная технология
разработана в ООО "Кузбасский Центр сварки и контроля" [2] и была, в
частности применена при ремонте барабана котла ст. № 2 Южно-Кузбасской ГРЭС (г.
Калтан, Кемеровская обл.) [3].
При проведении технического диагностирования в мостиках
трубной решетки барабана котла высокого давления, тип котла ПК-10 (специальная
молибденовая сталь, Æ1490×95 мм, давление в
барабане - 11,0 МПа, температура - 316 °С, дата изготовления 1950
г., дата пуска 1951 г., время эксплуатации - 320 тыс. ч) было обнаружено
большое число дефектов, характер которых представлен на (рис.1, а и б).
Ремонт барабана выполняли в соответствии с требованиями действующих нормативных
документов и системы обеспечения охраны труда.
Удаление дефектов в мостиках и подготовка к
наплавке. В
первую очередь, закрывали отверстия водоопускных труб для предотвращения
попадания в них посторонних предметов и обозначали контуры выборок мостиков по
границам повреждений несмываемой краской.
Особенностью выполнения условий охраны труда при работах по
выборке дефектного металла являлась необходимость постоянной вентиляции
барабана котла в период ремонта, которую обеспечивали основным и резервным
вентилятором, а также применением установки тока повышенной частоты для
предварительного, сопутствующего подогрева и термической обработки.
а) б)
Рис.1. Характер повреждения мостиков трубной решетки
барабана:
а - растрескивание; б - вид после
периодического удаления трещин
Выборку дефектов осуществляли механическим способом. Форма и
размеры выборок соответствовали указанным на рис.2. Некоторые размеры
(обозначенные *) корректировали в процессе выборки до полного удаления
дефектов. Очищали поверхность барабана вокруг выборок на 100 мм до
металлического блеска.
Рис. 2. Схема выборки мостиков трубной решетки барабана
После механической обработки поверхности выборок и
прилегающие к ним поверхности барабана контролировали методами цветной или
магнитопорошковой дефектоскопии. До проведения наплавочных работ проводили
измерение твердости, которая составляла 140-160 НВ.
Наплавка. Для наплавки применяли электроды тип Э-46А,
марки УОНИ 13/45 и тип Э-50А, марки УОНИ 13/55 по ГОСТ 9466 и ГОСТ 9467
диаметром 3 мм. Предварительный и сопутствующий подогрев выполняла
специализированная организация ООО "УНИТЕХ" (г. Уфа) по режиму,
показанному на рис.3.
Рис. 3. Режим термообработки при ремонте мостиков трубной
решетки барабана котла № 2 (ПК-10) ЮК ГРЭС
Наплавку выполняли на режимах тока 90-110 А. Направление
наплавки изменяли при каждом проходе на противоположное, как это показано на
рис. 4.
Рис. 4. Схема наплавки мостиков трубной решетки барабана
Дефекты в виде наплывов и подрезов удаляли шлифованием с
последующим тщательным удалением крошек корунда. Наплавка по высоте превышала
поверхность барабана на 4-6 мм. По завершении наплавки и полном охлаждении, её
поверхность выравнивали шлифованием вровень с поверхностью барабана. По
окончании шлифовки участок наплавки выдерживали при температуре подогрева в
течение 3 часов с последующим охлаждением под слоем теплоизоляции. Проводили
контроль качества наплавки стандартными методами неразрушающего контроля
(ультразвуковая, цветная и магнитопорошковая дефектоскопии), а также с
использованием акустической многофункциональной системы "АСТРОН"
(спектрально-акустический метод). Измерение времени задержки волн Релея с
применением многофункциональной установки "АСТРОН", предназначенной
для контроля состояния материала. В основу работы системы положен современный
спектральный импульсный метод акустической структурометрии.
Для обеспечения устойчивого сигнала, на исследуемую
поверхность наносили слой глицерина. Для проведения акустических измерений
поверхность сканирования разбивали на зоны в виде прямоугольников (рис. 5).
Рис. 5. Схема измерения поверхностных акустических
характеристик
Полученные результаты времени задержки импульсов волн Релея -
R (нс), а также изменения
величины задержки импульсов волн Релея в зоне приварки водоопускной трубы
представлены на рис. 6.
Результаты замеров (рис. 6) отражают характер изменения
времени задержки волн Релея относительно сечений исследуемых образцов
наплавленного металла. Данные измерений обработаны программой "STATISTICA" с доверительной
вероятностью 0,95.
Экспериментально установлено, что время задержки волн Релея
возрастает до 90 нс в ЗТВ в образцах наплавленного металла барабанов котлов
высокого давления. Эта величина изменяется в зависимости от режимов сварки и
термообработки.
Рис. 6. Изменение времени задержки волн Релея относительно
сечения исследуемого образца наплавленного металла
Проведенные измерения твердости показали, что значения
оказались примерно одинаковы во всех зонах: наплавленный металл - 160-170 НВ,
ЗТВ - 175-180 НВ, основной метал - 175-180 НВ. При этом значения твердости
металла основных элементов барабанов из специальной молибденовой стали согласно
требований нормативной документации должны находиться в пределах от 120 до 180
НВ. Таким образом, реальные значения твердости не превысили допускаемых
значений.
котел трубная решетка наплавка
Список
литературы
1. СО
153-34.17.442-2003. Инструкция по порядку продления срока службы барабанов
котлов высокого давления.
2. Смирнов,
А.Н. Опыт ремонта барабанов из специальной молибденовой стали котлоагрегата
ПК-10/А.Н. Смирнов, В.Л. Князьков, Н.М. Макаров и др. // Электрические станции.
- 2003. - № 6. - С.17-22.
. Диагностика,
повреждаемость и ремонт барабанов котлов высокого давления / Н.В. Абабков, Н.И.
Кашубский, В.Л. Князьков и др., под общ. ред. Смирнова А.Н. - М.:
Машиностроение, 2011. - 256 с.