Особенности монтажа протяженных участков паропроводов и присоединения новых участков к существующим ...
Особенности монтажа протяженных участков паропроводов и присоединения новых участков к существующим паропроводам.
При эксплуатации ТЭС часто возникают ситуации, когда к существующему паропроводу нужно добавить новый участок или произвести монтаж протяженных участков труб. Именно таким способом проще всего обеспечить практические потребности ТЭС или повысить надежность паропровода. Поверочные прочностные расчеты новой паропроводной системы формально выполняются, однако обычно в них не учитываются некоторые существенные особенности и поэтому они не отражаются в технической документации. В результате модифицированные паропроводы принимаются в эксплуатацию с неоптимальным распределением внутренних напряжений и уклонов, что может привести (а нередко и приводит) к:
трудностям регулировки нагрузки опорно-подвесной системы (ОПС);
необъяснимым, на первый взгляд, повреждениям элементов;
появлениям гидроударов в период пусковых операций;
возникновению значительной температурной неравномерности по периметру паропроводов и их пластической деформации.
Паропровод может находиться в нескольких состояниях: монтажном, холодном и рабочем. В монтажном состоянии вся трасса трубопровода опирается на промежуточные монтажные крепления, при этом внутренние напряжения в паропроводе минимальны (в идеальном случае они имеют нулевые значения). В холодном состоянии на паропровод действуют массовые распределенные и сосредоточенные нагрузки, а также реакции элементов опорно-подвесной системы. В этом случае внутренние напряжения обычно максимальны, а упругая ось паропровода наиболее деформирована.
В рабочем состоянии после реализации температурных расширений участков и уменьшения деформации оси внутренние напряжения в паропроводе снижаются до технически приемлемого уровня. Все эти состояния планируются при проведении проектных прочностных расчетов и будут автоматически осуществляться при правильном монтаже паропровода.
Замена одного участка паропровода другим (или монтаж нового участка) обычно выполняется так же, как при обычных ремонтах сварных соединений: упругие опоры паропровода ставятся на фиксаторы, производятся разрезка и демонтаж старого участка и присоединение нового. Затем фиксаторы снимаются, и считается, что модифицированный паропровод готов к эксплуатации, а внутренние силовые факторы соответствуют проектным.
Для того чтобы прояснить, что же неверного в этой обычной практике, нужно рассмотреть состояние остающегося в эксплуатации старого и вновь смонтированного участков паропровода до момента их соединения в единую систему Старый участок паропровода находится в холодном, т.е. в наиболее напряженном и деформированном состоянии, а зона, в которой производится стыковка участков, смещена от первоначального монтажного состояния на значение перемещений, сопровождающих переход паропровода из монтажного состояния в холодное. Чем более гибким является паропровод, тем больше эти перемещения.
Новый участок в момент стыковки находится в монтажном состоянии, т.е. внутренние напряжения в нем близки к нулю. Таким образом, исходное состояние собранной воедино системы не будет соответствовать проектной расчетной схеме, поскольку в последней предполагается, что начальное состояние всего паропровода является монтажным. По существу, все проделанные при таком способе монтажа операции можно образно представить как разрезку паропровода, вставку в него клинообразного участка и соединение концов.
Полученная система после демонтажа блокирующих приспособлений приходит в состояние равновесия с нагрузками элементов опорно-подвесной системы. Очевидно, что эти нагрузки, как и внутренние напряжения, обеспечивающие равновесие, будут отличаться от проектных значений. Для такого паропровода нагрузки опор могут быть приведены к проектным значениям только в одном из его состояний (холодном или рабочем). Однако, во-первых, эти нагрузки уже не будут отвечать проектному распределению внутренних силовых факторов, а, во-вторых, невозможно будет добиться проектных нагрузок опор в обоих состояниях паропровода — холодном и рабочем.
Кроме того (и это весьма существенно), поскольку оставленный в эксплуатации участок паропровода уже был смещен из своего монтажного состояния, очевидно, что и планируемые уклоны трасс модифицированного паропровода будут отличаться от своих проектных значений и, возможно, не в лучшую сторону. Таким образом, в холодном состоянии в новой системе возникает иное (непроектное) распределение внутренних силовых факторов и вместо ожидаемого повышения надежности паропровода может произойти ее снижение.
Для иллюстрации рассматривается конкретная ситуация, возникшая на одной из ТЭЦ АО «Мосэнерго». На рисунке показан паропровод, проложенный от котла до промежуточной неподвижной опоры, на котором требовалось заменить участки от котла до тройникового соединения (узел 3), а также обеспечить на этих участках требуемые значения уклонов к точке дренирования.
Следует отметить, что паропроводы котла, которые были смонтированы ранее (0325x38 мм), были более податливыми, чем паропроводы, которые предусматривались в проекте замены (0325x50 мм). Кроме того, из-за неопределенности напряженного состояния системы, вызванного ранее проведенной восстановительной термообработкой, практически невозможно было оценить расчетным путем, какие полные перемещения из монтажного состояния в холодное и рабочее имело тройниковое соединение. Из этого следовало, что если поставить все пружинные опоры остающейся в эксплуатации части паропровода на фиксаторы и присоединить к тройнику новые участки, то получение правильного распределения уклонов по трассе паропроводов от котла до тройника не гарантировано;
попытка «притянуть» тройник в зоне стыковки к новым участкам паропроводов также изменит заданное для них распределение уклонов, следствием чего может быть значительное (как показала практика, до 250 мм) искажение прямолинейности заменяемых участков под действием температурной неравномерности по периметру сечений;
произвольное снятие нагрузки с части пружинных опор до стыковки не позволит по ее окончании восстановить правильное распределение нагрузок по всей ОПС.
Выход из создавшегося положения состоял в следующем: чтобы избежать перечисленных осложнений участок 2 — 3 паропровода от тройника до неподвижной опоры нужно было привести к монтажному состоянию. В этом случае можно было обеспечить выполнение проектных требований по уклонам горизонтальных участков. Кроме того, принималась во внимание необходимость дополнительной разрезки вертикального участка от тройника в сторону неподвижной опоры с его последующим укорочением или удлинением (в соответствии с обстоятельствами) для обеспечения гарантированного уклона на вновь монтируемых участках.
Далее подробно рассматривается разработанная методика перевода участка паропровода 2 — 3 в монтажное состояние.
Из расчета на прочность и самокомпенсацию температурных расширений, выполненного по программе «Рампа», следовало, что если бы все паропроводы монтировались одновременно, то полные вертикальные перемещения узла опоры № 44 при переходе из монтажного состояния в рабочее составляли + 15 мм, а видимые (из холодного состояния в рабочее) — + 18 мм. Таким образом, перемещение указанной опоры, а также тройника при переводе паропровода из монтажного состояния в холодное равно 15мм--18 мм = - 3 мм. После стыковки с вновь монтируемыми паропроводами, срезки раскреплений и наладки ОПС узел тройника должен опуститься на 3 мм по отношению к своему монтажному положению. Значение этого перемещения в данном и в других подобных случаях является контрольным для оценки корректности выполненных мероприятий.
Пусть участок 2— 3 отсоединен от остальных паропроводов непосредственно за тройниковым соединением. Нужно определить, какие нагрузки должны иметь упругие опоры этого участка для того, чтобы уравновесить его массу при температуре проведения монтажа. Эти значения можно получить с помощью программы «Рампа». Расчет должен выполняться для участка от тройника до неподвижной опоры при условии, что узел 3 (с тройником или без него в зависимости от реальных обстоятельств) остается свободным.
Результаты расчета приведены в таблице. В ней для сопоставления кроме уравновешивающих массу
участка 2 — 3 нагрузок упругих опор приведены нагрузки этих же опор в холодном состоянии перед проведением модернизации, а также индивидуальная и суммарная разницы этих нагрузок.
Приведенные в таблице значения нагрузок опор, которые имел паропровод до разрезки, уравновешивались внутренними напряжениями удаляемой части паропровода. Вместо нее к присоединению готовится участок, который в момент стыковки не имеет внутренних напряжений. Таким образом, из данных, приведенных в последнем столбце таблицы, следует, что если паропровод на участке 2 — 3 будет раскреплен при нагрузках опор, зафиксированных в холодном состоянии старого паропровода, то после завершения монтажа и удаления фиксаторов избыточная нагрузка этих опор разгрузит упругие опоры на замененных участках. Кроме того, она будет вызывать перемещение вверх новых участков до тех пор, пока паропровод не уравновесится изменением нагрузки всей опорно-подвесной системы. Поэтому после сборки напряженное состояние этой системы, а возможно, и уклоны участков уже не будут иметь проектные значения.
Во избежание этого упругие опоры участка 2 — 3 в момент проведения сборки всей системы паропроводов должны иметь значения уравновешивающей нагрузки опор, равные приведенным в таблице. Технологически это может быть выполнено следующим образом:
паропровод на участке 2 — 3 (а не его упругие опоры) в холодном состоянии закрепляется в нескольких местах для исключения вертикальных перемещений и отделяется от тройника;
проверяется наличие необходимого запаса резьбы в резьбовых соединениях упругих опор; при необходимости на тягах опор монтируются талрепы;
с помощью запаса резьбы тяг на пружинных блоках и вспомогательных грузоподъемных механизмов снижается нагрузка каждой из пружинных опор участка
2 — 3 до уравновешивающих значений нагрузки, указанных в таблице;
снимается закрепление участка 2 — 3 ;
если в момент снятия закрепления происходит вертикальное перемещение паропровода (из-за внутренних силовых факторов, которые в данном случае невозможно учесть и которые можно выявить только обеспечив паропроводу свободу перемещений), то выполняется дополнительная регулировка нагрузки упругих опор в соответствии с расчетными данными, приведенными в таблице;
проверяются уклоны горизонтальных участков и их соответствие проектным данным;
при отличии распределения уклонов от проектных значений выполняется разработка и проводятся мероприятия по устранению этого недостатка;
упругие опоры уравновешенного участка 2 — 3 устанавливаются на фиксаторы;
после полной сборки паропроводов производится демонтаж фиксаторов (по очереди, начиная от опоры 8) с упругих опор рассматриваемого участка, а нагрузки опор с помощью резьбы на тягах пружинных блоков или талрепов увеличиваются до нагрузок холодного состояния новой системы (при этом фиксаторы с упругих опор вновь смонтированных участков не удаляются);
выбирается возможная слабина в цепях пружинных опор новых участков и демонтируются фиксаторы, установленные на них;
при необходимости выполняется дополнительная регулировка нагрузки всех пружинных опор.
Перечисленные мероприятия были реализованы в процессе монтажа под наблюдением сотрудников АО «Фирма ОРГРЭС». При этом обеспечивались все требуемые проектом уклоны горизонтальных участков, а также нагрузки пружинных опор в холодном и рабочем состояниях. Результаты анализа перемещений паропровода из монтажного состояния в холодное подтвердили корректность исходных данных и методики выполнения модернизации.
Выводы
1. Многие проекты частичных замен паропроводов, а также подключение новых участков к существующим паропроводам имеют недостатки, обусловленные отсутствием учета особенностей напряженного состояния остающихся в работе и вновь монтируемых участков. В частности, в них не предусматриваются мероприятия по корректному осуществлению операции стыковки паропроводов. Следствием этого может быть снижение надежности модифицированных паропроводов.
2. Во многих случаях для обеспечения проектных значений внутренних напряжений, проектных нагрузок упругих опор и уклонов модифицированных паропроводов перед выполнением операций стыковки необходимо переводить остающуюся в эксплуатации часть паропроводов в монтажное состояние.
3. Предлагаемые технологические операции не имеют альтернативы и являются единственным корректным путем решения рассматриваемой задачи, что обусловлено сложностью правильной оценки любых других вариантов ее решения и неопределенностью исходного состояния модифицируемых паропроводов. Перевод паропроводов в монтажное состояние при проведении модернизации позволяет избежать многих проблем и обеспечивает их проектную надежность.
Список литературы.
1. Минин В. А., Дмитриев Г. С. Перспективы развития ветроэнергетики на Кольском полуострове. Апатиты, 1998.
2. Минин В. А., Дмитриев Г. С, Минин И. В. Перспективы освоения ресурсов ветровой энергии Кольского полуострова. - Изв. РАН. Энергетика, 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 N. G., Landberg L., Ib Tren, PetersenE. L.. Riso National Laboratory. Roskilde, Denmark, 1993.
