Особливості монтажу протяжних ділянок паропроводів і приєднання нових ділянок до існуючих паропроводах.
При експлуатації ТЕС часто виникають ситуації, коли до існуючого паропроводу потрібно додати нову ділянку або провести монтаж протяжних ділянок труб. Саме таким способом найпростіше забезпечити практичні потреби ТЕС або підвищити надійність паропроводу. Перевірочні розрахунки на міцність нової паропровідних системи формально виконуються, проте зазвичай у них не враховуються деякі суттєві особливості і тому вони не відображаються в технічній документації. У результаті модифіковані паропроводи приймаються в експлуатацію з неоптимальним розподілом внутрішніх напружень і ухилів, що може призвести (а нерідко і призводить) до:
труднощів регулювання навантаження опорно-підвісної системи (ОПВ);
незрозумілим, на перший погляд, пошкоджень елементів;
появам гідроударів в період пускових операцій;
виникнення значної температурної нерівномірності по периметру паропроводів і їх пластичної деформації.
Паропровід може перебувати в декількох станах: монтажному, холодному і робочому. У монтажному стані вся траса трубопроводу спирається на проміжні монтажні кріплення, при цьому внутрішні напруги в паропроводі мінімальні (в ідеальному випадку вони мають нульові значення). У холодному стані на паропровід діють масові розподілені і зосереджені навантаження, а також реакції елементів опорно-підвісної системи. У цьому випадку внутрішні напруги звичайно максимальні, а пружна вісь паропроводу найбільш деформована.
У робочому стані після реалізації температурних розширень ділянок та зменшення деформації осі внутрішні напруги в паропроводі знижуються до технічно прийнятного рівня. Всі ці стани плануються при проведенні проектних розрахунків на міцність і будуть автоматично здійснюватися при правильному монтажі паропроводу.
Заміна однієї ділянки паропроводу іншим (або монтаж нової ділянки) зазвичай виконується так само, як при звичайних ремонтах зварних з'єднань: пружні опори паропроводу ставляться на фіксатори, виробляються розрізання та демонтаж старого ділянки і приєднання нового. Потім фіксатори знімаються, і вважається, що модифікований паропровід готовий до експлуатації, а внутрішні силові фактори відповідають проектним.
Для того щоб прояснити, що ж невірного у цій звичайній практиці, потрібно розглянути стан залишається в експлуатації старого і знову змонтованого ділянок паропроводу до моменту їх з'єднання в єдину систему Старий ділянку паропроводу знаходиться в холодному, тобто в найбільш напруженому та деформованому стані, а зона, в якій проводиться стиковка ділянок, зміщена від первісного монтажного стану на значення переміщень, супроводжуючих перехід паропроводу з монтажного стану в холодне. Чим більш гнучким є паропровід, тим більше ці переміщення.
Нова ділянка в момент стикування знаходиться в монтажному стані, тобто внутрішні напруги в ньому близькі до нуля. Таким чином, початковий стан зібраної воєдино системи не буде відповідати проектної розрахункової схемою, оскільки в останній передбачається, що початковий стан всього паропроводу є монтажним. По суті, всі скоєні при такому способі монтажу операції можна образно уявити як разрезку паропроводу, вставку нього клиноподібного ділянки та з'єднання кінців.
Отримана система після демонтажу блокуючих пристроїв приходить в стан рівноваги з навантаженнями елементів опорно-підвісної системи. Очевидно, що ці навантаження, як і внутрішні напруги, що забезпечують рівновагу, будуть відрізнятися від проектних значень. Для такого паропроводу навантаження опор можуть бути приведені до проектним значенням тільки в одному з його станів (холодному або робочому). Однак, по-перше, ці навантаження вже не будуть відповідати проектному розподілу внутрішніх силових факторів, а, по-друге, неможливо буде добитися проектних навантажень опор в обох станах паропроводу - холодному і робочому.
Крім того (і це дуже істотно), оскільки надісланий в експлуатації ділянку паропроводу вже був зміщений зі свого монтажного стану, очевидно, що і плановані ухили трас модифікованого паропроводу будуть відрізнятися від своїх проектних значень і, можливо, не в кращу сторону. Таким чином, у холодному стані в новій системі виникає інше (позапроектній) розподіл внутрішніх силових факторів і замість очікуваного підвищення надійності паропроводу може відбутися її зниження.
Для ілюстрації розглядається конкретна ситуація, що виникла на одній із ТЕЦ АТ «Мосенерго». На малюнку показаний паропровід, прокладений від котла до проміжної нерухомої опори, на якому було потрібно замінити ділянки від котла до трійникового з'єднання (вузол 3), а також забезпечити на цих ділянках необхідні значення ухилів до точки дренування.
Слід зазначити, що паропроводи котла, які були змонтовані раніше (0325x38 мм), були більш податливими, ніж паропроводи, які передбачалися в проекті заміни (0325x50 мм). Крім того, через невизначеність напруженого стану системи, викликаного раніше проведеної відновної термообробкою, практично неможливо було оцінити розрахунковим шляхом, які повні переміщення з монтажного стану в холодну і робоче мало трійникового з'єднання. З цього випливало, що якщо поставити всі пружинні опори що залишається в експлуатації частини паропроводу на фіксатори і приєднати до трійника нові ділянки, то отримання правильного розподілу ухилів по трасі паропроводів від котла до трійника не гарантовано;
спроба «притягнути» трійник в зоні стикування до нових ділянках паропроводів також змінить заданий для них розподіл ухилів, наслідком чого може бути значне (як показала практика, до 250 мм) спотворення прямолінійності замінних ділянок під дією температурної нерівномірності по периметру перерізів;
довільне зняття навантаження з частини пружинних опор до стикування не дозволить після її закінчення відновити правильний розподіл навантажень по всій ОПВ.
Вихід із цього становища полягав у наступному: щоб уникнути перерахованих ускладнень ділянку 2 - 3 паропроводу від трійника до нерухомої опори треба було привести до монтажного стану. У цьому випадку можна було забезпечити виконання проектних вимог з похилів горизонтальних ділянок. Крім того, бралася до уваги необхідність додаткової розрізання вертикальної ділянки від трійника в бік нерухомої опори з його подальшим укороченням або подовженням (відповідно до обставин) для забезпечення гарантованого ухилу на знову монтуються ділянках.
Далі докладно розглядається розроблена методика перекладу ділянки паропроводу 2 - 3 в монтажне стан.
З розрахунку на міцність і самокомпенсацією температурних розширень, виконаного за програмою «Рампа», випливало, що якби всі паропроводи монтувалися одночасно, то повні вертикальні переміщення вузла опори № 44 при переході з монтажного стану в робочий становили + 15 мм, а видимі (з холодного стану у робочий) - + 18 мм. Таким чином, переміщення зазначеної опори, а також трійника при перекладі паропроводу з монтажного стану в холодну одно 15мм - 18 мм = - 3 мм. Після стикування із знов демонтуватися паропроводами, зрізання розкріплень і налагодження ОПВ вузол трійника повинен опуститися на 3 мм по відношенню до свого монтажного положенню. Значення цього переміщення в даному і в інших подібних випадках є контрольним для оцінки коректності виконаних заходів.
Нехай ділянку 2 - 3 від'єднаний від інших паропроводів безпосередньо за трійникового з'єднанням. Потрібно визначити, які навантаження повинні мати пружні опори цієї ділянки для того, щоб зрівноважити його масу при температурі проведення монтажу. Ці значення можна отримати за допомогою програми «Рампа». Розрахунок повинен виконуватися для ділянки від трійника до нерухомої опори за умови, що вузол 3 (з трійником або без нього залежно від реальних обставин) залишається вільним.
Результати розрахунку наведені в таблиці. У ній для зіставлення крім врівноважити масу
ділянки 2 - 3 навантажень пружних опор наведені навантаження цих же опор у холодному стані перед проведенням модернізації, а також індивідуальна і сумарна різниці цих навантажень.
Наведені в таблиці значення навантажень опор, які мав паропровід до розрізання, врівноважувалися внутрішніми напругами видаляється частини паропроводу. Замість неї до приєднання готується ділянку, який у момент стикування не має внутрішніх напружень. Таким чином, з даних, наведених в останньому стовпці таблиці, випливає, що якщо паропровід на ділянці 2 - 3 буде раскреплена при навантаженнях опор, зафіксованих у холодному стані старого паропроводу, то після завершення монтажу і видалення фіксаторів надмірне навантаження цих опор розвантажить пружні опори на замінених ділянках. Крім того, вона буде викликати переміщення вгору нових ділянок до тих пір, поки паропровід не зрівноважаться зміною навантаження всієї опорно-підвісної системи. Тому після складання напружений стан цієї системи, а можливо, і ухили ділянок вже не будуть мати проектні значення.
Щоб уникнути цього пружні опори ділянки 2 - 3 в момент проведення складання всієї системи паропроводів повинні мати значення врівноважує навантаження опор, рівні наведеним у таблиці. Технологічно це може бути виконано наступним чином:
паропровід на ділянці 2 - 3 (а не його пружні опори) в холодному стані закріплюється в декількох місцях для виключення вертикальних переміщень і відокремлюється від трійника;
перевіряється наявність необхідного запасу різьблення в різьбових з'єднаннях пружних опор; при необхідності на тягах опор монтуються талрепи;
за допомогою запасу різьби тяг на пружинних блоках і допоміжних вантажопідйомних механізмів знижується навантаження кожної з пружинних опор ділянки
2 - 3 до врівноважити значень навантаження, зазначених у таблиці;
знімається закріплення ділянки 2 - 3;
якщо в момент зняття закріплення відбувається вертикальне переміщення паропроводу (через внутрішні силових факторів, які в даному випадку неможливо врахувати і які можна виявити тільки забезпечивши паропроводу свободу переміщень), то виконується додаткове регулювання навантаження пружних опор у відповідності з розрахунковими даними, наведеними в таблиці ;
перевіряються ухили горизонтальних ділянок та їх відповідність проектним даним;
при відміну розподілу ухилів від проектних значень виконується розробка та проводяться заходи щодо усунення цього недоліку;
пружні опори врівноваженого ділянки 2 - 3 встановлюються на фіксатори;
після повної збірки паропроводів здійснюється демонтаж фіксаторів (по черзі, починаючи від опори 8) з пружних опор розглянутого ділянки, а навантаження опор з допомогою різьби на тягах пружинних блоків або талрепамі збільшуються до навантажень холодного стану нової системи (при цьому фіксатори з пружних опор знову змонтованих ділянок не видаляються);
вибирається можлива слабина в ланцюгах пружинних опор нових ділянок і демонтуються фіксатори, встановлені на них;
при необхідності виконується додаткове регулювання навантаження всіх пружинних опор.
Перераховані заходи були реалізовані в процесі монтажу під наглядом співробітників АТ «Фірма ОРГРЕС». При цьому забезпечувалися всі необхідні проектом ухили горизонтальних ділянок, а також навантаження пружинних опор у холодному і робочому станах. Результати аналізу переміщень паропроводу з монтажного стану в холодну підтвердили коректність вихідних даних та методології виконання модернізації.
Висновки
1. Багато проектів часткових замін паропроводів, а також підключення нових ділянок до існуючих паропроводах мають недоліки, зумовлені відсутністю врахування особливостей напруженого стану залишаються в роботі і знову монтуються ділянок. Зокрема, в них не передбачаються заходи щодо коректного здійснення операції стикування паропроводів. Наслідком цього може бути зниження надійності модифікованих паропроводів.
2. У багатьох випадках для забезпечення проектних значень внутрішніх напружень, проектних навантажень пружних опор і ухилів модифікованих паропроводів перед виконанням операцій стикування необхідно переводити що залишається в експлуатації частина паропроводів в монтажне стан.
3. Пропоновані технологічні операції не мають альтернативи і є єдиним коректним шляхом вирішення даної задачі, що обумовлено складністю правильної оцінки будь-яких інших варіантів її вирішення та невизначеністю вихідного стану модифікуються паропроводів. Переклад паропроводів в монтажне стан при проведенні модернізації дозволяє уникнути багатьох проблем і забезпечує їх проектну надійність.
Список літератури.
1. Мінін В. А., Дмитрієв Г. С. Перспективи розвитку вітроенергетики на Кольському півострові. Апатити, 1998.
2. Мінін В. А., Дмитрієв Г. С, Мінін І. В. Перспективи освоєння ресурсів вітрової енергії Кольського півострова. - Изв. РАН. Енергетика, 2001, № 1.
3. Wind Energy on Kola Peninsula - Feasibility Study / Wolff J., Minin V., Dmitriev G. et.al. - VTT Energy, Finland, Helsinki, 1999, Report ENE 6/3/99.
4. Wind Atlas Analysis and Application Programm (WASP) / Mortensen NG, Landberg L., Ib Tren, PetersenE. L.. Riso National Laboratory. Roskilde, Denmark, 1993.
При експлуатації ТЕС часто виникають ситуації, коли до існуючого паропроводу потрібно додати нову ділянку або провести монтаж протяжних ділянок труб. Саме таким способом найпростіше забезпечити практичні потреби ТЕС або підвищити надійність паропроводу. Перевірочні розрахунки на міцність нової паропровідних системи формально виконуються, проте зазвичай у них не враховуються деякі суттєві особливості і тому вони не відображаються в технічній документації. У результаті модифіковані паропроводи приймаються в експлуатацію з неоптимальним розподілом внутрішніх напружень і ухилів, що може призвести (а нерідко і призводить) до:
труднощів регулювання навантаження опорно-підвісної системи (ОПВ);
незрозумілим, на перший погляд, пошкоджень елементів;
появам гідроударів в період пускових операцій;
виникнення значної температурної нерівномірності по периметру паропроводів і їх пластичної деформації.
Паропровід може перебувати в декількох станах: монтажному, холодному і робочому. У монтажному стані вся траса трубопроводу спирається на проміжні монтажні кріплення, при цьому внутрішні напруги в паропроводі мінімальні (в ідеальному випадку вони мають нульові значення). У холодному стані на паропровід діють масові розподілені і зосереджені навантаження, а також реакції елементів опорно-підвісної системи. У цьому випадку внутрішні напруги звичайно максимальні, а пружна вісь паропроводу найбільш деформована.
У робочому стані після реалізації температурних розширень ділянок та зменшення деформації осі внутрішні напруги в паропроводі знижуються до технічно прийнятного рівня. Всі ці стани плануються при проведенні проектних розрахунків на міцність і будуть автоматично здійснюватися при правильному монтажі паропроводу.
Заміна однієї ділянки паропроводу іншим (або монтаж нової ділянки) зазвичай виконується так само, як при звичайних ремонтах зварних з'єднань: пружні опори паропроводу ставляться на фіксатори, виробляються розрізання та демонтаж старого ділянки і приєднання нового. Потім фіксатори знімаються, і вважається, що модифікований паропровід готовий до експлуатації, а внутрішні силові фактори відповідають проектним.
Для того щоб прояснити, що ж невірного у цій звичайній практиці, потрібно розглянути стан залишається в експлуатації старого і знову змонтованого ділянок паропроводу до моменту їх з'єднання в єдину систему Старий ділянку паропроводу знаходиться в холодному, тобто в найбільш напруженому та деформованому стані, а зона, в якій проводиться стиковка ділянок, зміщена від первісного монтажного стану на значення переміщень, супроводжуючих перехід паропроводу з монтажного стану в холодне. Чим більш гнучким є паропровід, тим більше ці переміщення.
Нова ділянка в момент стикування знаходиться в монтажному стані, тобто внутрішні напруги в ньому близькі до нуля. Таким чином, початковий стан зібраної воєдино системи не буде відповідати проектної розрахункової схемою, оскільки в останній передбачається, що початковий стан всього паропроводу є монтажним. По суті, всі скоєні при такому способі монтажу операції можна образно уявити як разрезку паропроводу, вставку нього клиноподібного ділянки та з'єднання кінців.
Крім того (і це дуже істотно), оскільки надісланий в експлуатації ділянку паропроводу вже був зміщений зі свого монтажного стану, очевидно, що і плановані ухили трас модифікованого паропроводу будуть відрізнятися від своїх проектних значень і, можливо, не в кращу сторону. Таким чином, у холодному стані в новій системі виникає інше (позапроектній) розподіл внутрішніх силових факторів і замість очікуваного підвищення надійності паропроводу може відбутися її зниження.
Для ілюстрації розглядається конкретна ситуація, що виникла на одній із ТЕЦ АТ «Мосенерго». На малюнку показаний паропровід, прокладений від котла до проміжної нерухомої опори, на якому було потрібно замінити ділянки від котла до трійникового з'єднання (вузол 3), а також забезпечити на цих ділянках необхідні значення ухилів до точки дренування.
Слід зазначити, що паропроводи котла, які були змонтовані раніше (0325x38 мм), були більш податливими, ніж паропроводи, які передбачалися в проекті заміни (0325x50 мм). Крім того, через невизначеність напруженого стану системи, викликаного раніше проведеної відновної термообробкою, практично неможливо було оцінити розрахунковим шляхом, які повні переміщення з монтажного стану в холодну і робоче мало трійникового з'єднання. З цього випливало, що якщо поставити всі пружинні опори що залишається в експлуатації частини паропроводу на фіксатори і приєднати до трійника нові ділянки, то отримання правильного розподілу ухилів по трасі паропроводів від котла до трійника не гарантовано;
спроба «притягнути» трійник в зоні стикування до нових ділянках паропроводів також змінить заданий для них розподіл ухилів, наслідком чого може бути значне (як показала практика, до 250 мм) спотворення прямолінійності замінних ділянок під дією температурної нерівномірності по периметру перерізів;
довільне зняття навантаження з частини пружинних опор до стикування не дозволить після її закінчення відновити правильний розподіл навантажень по всій ОПВ.
Вихід із цього становища полягав у наступному: щоб уникнути перерахованих ускладнень ділянку 2 - 3 паропроводу від трійника до нерухомої опори треба було привести до монтажного стану. У цьому випадку можна було забезпечити виконання проектних вимог з похилів горизонтальних ділянок. Крім того, бралася до уваги необхідність додаткової розрізання вертикальної ділянки від трійника в бік нерухомої опори з його подальшим укороченням або подовженням (відповідно до обставин) для забезпечення гарантованого ухилу на знову монтуються ділянках.
Далі докладно розглядається розроблена методика перекладу ділянки паропроводу 2 - 3 в монтажне стан.
З розрахунку на міцність і самокомпенсацією температурних розширень, виконаного за програмою «Рампа», випливало, що якби всі паропроводи монтувалися одночасно, то повні вертикальні переміщення вузла опори № 44 при переході з монтажного стану в робочий становили + 15 мм, а видимі (з холодного стану у робочий) - + 18 мм. Таким чином, переміщення зазначеної опори, а також трійника при перекладі паропроводу з монтажного стану в холодну одно 15мм - 18 мм = - 3 мм. Після стикування із знов демонтуватися паропроводами, зрізання розкріплень і налагодження ОПВ вузол трійника повинен опуститися на 3 мм по відношенню до свого монтажного положенню. Значення цього переміщення в даному і в інших подібних випадках є контрольним для оцінки коректності виконаних заходів.
Нехай ділянку 2 - 3 від'єднаний від інших паропроводів безпосередньо за трійникового з'єднанням. Потрібно визначити, які навантаження повинні мати пружні опори цієї ділянки для того, щоб зрівноважити його масу при температурі проведення монтажу. Ці значення можна отримати за допомогою програми «Рампа». Розрахунок повинен виконуватися для ділянки від трійника до нерухомої опори за умови, що вузол 3 (з трійником або без нього залежно від реальних обставин) залишається вільним.
Результати розрахунку наведені в таблиці. У ній для зіставлення крім врівноважити масу
ділянки 2 - 3 навантажень пружних опор наведені навантаження цих же опор у холодному стані перед проведенням модернізації, а також індивідуальна і сумарна різниці цих навантажень.
Наведені в таблиці значення навантажень опор, які мав паропровід до розрізання, врівноважувалися внутрішніми напругами видаляється частини паропроводу. Замість неї до приєднання готується ділянку, який у момент стикування не має внутрішніх напружень. Таким чином, з даних, наведених в останньому стовпці таблиці, випливає, що якщо паропровід на ділянці 2 - 3 буде раскреплена при навантаженнях опор, зафіксованих у холодному стані старого паропроводу, то після завершення монтажу і видалення фіксаторів надмірне навантаження цих опор розвантажить пружні опори на замінених ділянках. Крім того, вона буде викликати переміщення вгору нових ділянок до тих пір, поки паропровід не зрівноважаться зміною навантаження всієї опорно-підвісної системи. Тому після складання напружений стан цієї системи, а можливо, і ухили ділянок вже не будуть мати проектні значення.
Щоб уникнути цього пружні опори ділянки 2 - 3 в момент проведення складання всієї системи паропроводів повинні мати значення врівноважує навантаження опор, рівні наведеним у таблиці. Технологічно це може бути виконано наступним чином:
паропровід на ділянці 2 - 3 (а не його пружні опори) в холодному стані закріплюється в декількох місцях для виключення вертикальних переміщень і відокремлюється від трійника;
перевіряється наявність необхідного запасу різьблення в різьбових з'єднаннях пружних опор; при необхідності на тягах опор монтуються талрепи;
за допомогою запасу різьби тяг на пружинних блоках і допоміжних вантажопідйомних механізмів знижується навантаження кожної з пружинних опор ділянки
2 - 3 до врівноважити значень навантаження, зазначених у таблиці;
знімається закріплення ділянки 2 - 3;
якщо в момент зняття закріплення відбувається вертикальне переміщення паропроводу (через внутрішні силових факторів, які в даному випадку неможливо врахувати і які можна виявити тільки забезпечивши паропроводу свободу переміщень), то виконується додаткове регулювання навантаження пружних опор у відповідності з розрахунковими даними, наведеними в таблиці ;
перевіряються ухили горизонтальних ділянок та їх відповідність проектним даним;
при відміну розподілу ухилів від проектних значень виконується розробка та проводяться заходи щодо усунення цього недоліку;
пружні опори врівноваженого ділянки 2 - 3 встановлюються на фіксатори;
після повної збірки паропроводів здійснюється демонтаж фіксаторів (по черзі, починаючи від опори 8) з пружних опор розглянутого ділянки, а навантаження опор з допомогою різьби на тягах пружинних блоків або талрепамі збільшуються до навантажень холодного стану нової системи (при цьому фіксатори з пружних опор знову змонтованих ділянок не видаляються);
вибирається можлива слабина в ланцюгах пружинних опор нових ділянок і демонтуються фіксатори, встановлені на них;
при необхідності виконується додаткове регулювання навантаження всіх пружинних опор.
Перераховані заходи були реалізовані в процесі монтажу під наглядом співробітників АТ «Фірма ОРГРЕС». При цьому забезпечувалися всі необхідні проектом ухили горизонтальних ділянок, а також навантаження пружинних опор у холодному і робочому станах. Результати аналізу переміщень паропроводу з монтажного стану в холодну підтвердили коректність вихідних даних та методології виконання модернізації.
Висновки
1. Багато проектів часткових замін паропроводів, а також підключення нових ділянок до існуючих паропроводах мають недоліки, зумовлені відсутністю врахування особливостей напруженого стану залишаються в роботі і знову монтуються ділянок. Зокрема, в них не передбачаються заходи щодо коректного здійснення операції стикування паропроводів. Наслідком цього може бути зниження надійності модифікованих паропроводів.
2. У багатьох випадках для забезпечення проектних значень внутрішніх напружень, проектних навантажень пружних опор і ухилів модифікованих паропроводів перед виконанням операцій стикування необхідно переводити що залишається в експлуатації частина паропроводів в монтажне стан.
3. Пропоновані технологічні операції не мають альтернативи і є єдиним коректним шляхом вирішення даної задачі, що обумовлено складністю правильної оцінки будь-яких інших варіантів її вирішення та невизначеністю вихідного стану модифікуються паропроводів. Переклад паропроводів в монтажне стан при проведенні модернізації дозволяє уникнути багатьох проблем і забезпечує їх проектну надійність.
Список літератури.
1. Мінін В. А., Дмитрієв Г. С. Перспективи розвитку вітроенергетики на Кольському півострові. Апатити, 1998.
2. Мінін В. А., Дмитрієв Г. С, Мінін І. В. Перспективи освоєння ресурсів вітрової енергії Кольського півострова. - Изв. РАН. Енергетика, 2001, № 1.
3. Wind Energy on Kola Peninsula - Feasibility Study / Wolff J., Minin V., Dmitriev G. et.al. - VTT Energy, Finland, Helsinki, 1999, Report ENE 6/3/99.
4. Wind Atlas Analysis and Application Programm (WASP) / Mortensen NG, Landberg L., Ib Tren, PetersenE. L.. Riso National Laboratory. Roskilde, Denmark, 1993.