Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы диагностического обследования газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций. Учебное пособие
.pdf
работы ГТД со значениями параметров, заявленных
разработчиком/изготовителем ГТД.
Теплотехнические показатели работы ГТД определяются в
соответствии с Временной методикой теплотехнических и
газодинамических испытаний газотурбинных ГПА в
эксплуатационных условиях [5].
Анализ температурного поля за ТНД. Анализ температурного
поля позволяет оценить состояние элементов ГТД, например
топливных форсунок и переходных патрубков, оказывающих
непосредственное влияние на формирование температурного поля, а
также провести анализ условий работы элементов горячей части ГТД,
работающих в условиях перекоса температурного поля.
В ГПА типа ГТК-25И температурное поле оценивается по
показаниям термопар, установленных в выхлопной шахте.
Температура газов, отходящих от турбины, измеряется 18
термопарами, 12 из которых являются рабочими и подают постоянный
сигнал в систему регулирования турбины, а 6 – контрольными
повышенной точности и служат для срабатывания системы защиты.
Согласно требованиям НТД, обслуживающий персонал
компрессорного цеха обязан ежесуточно контролировать состояние
температурного поля с построением круговых диаграмм,
характеризующих распределение температур.
Эллипсность диаграммы (или температурный «перекос») или
наличие так называемого провала температуры (резкое понижение
температуры в одной точке измерения относительно других)
свидетельствует о нарушениях в работе КСг ГТД.
На ГПА типа ГТК-25И используется различная (в зависимости
от изготовителя) схемная реализация определения температурного
«перекоса». Также различаются значения установок
предупредительной сигнализации в системе автоматической защиты.
Допустимые значения температурного «перекоса» и значения
установок предупредительной сигнализации приведены в табл. 3.3.
Чаще всего причиной «перекоса» температуры является
нарушение распределения потока топливного газа. Это нарушение
может возникать из-за неудовлетворительной очистки топливного
газа, характеризующейся повышенным содержанием в нем примесей в
виде пыли и конденсата. Примеси вызывают эрозионный износ или
отложения на стенках калиброванных отверстий наконечников
61
топливных форсунок в виде плотного налета, что меняет их расходные
Фирма - поставщик
ГТК - 25И
Значение температурного «перекоса», оС
Отлично
Хорошо
Предупредительная
сигнализация
Дженерал
Электрик, (США)
До 15
До 24
29
АЕГ-Канис
(Германия)
До 11
До 15
20
Нуово-Пиньоне
(Италия)
До 10
До 14
19
характеристики.
Отверстия очищают изнутри на промывочной установке с
использованием воды и пара после выдержки в специальном
очищающем составе. После очистки размер отверстия следует
проверить калибрами согласно ремонтной документации.
Анализ диаграмм температурного поля на выхлопе из турбины
дает возможность изучить динамику изменения состояния зоны
горения, определить степень влияния мероприятий ремонтного
характера на состояние температурного поля.
Особое внимание следует уделять осмотру основного элемента
зоны горения – жаровым трубам КСг. Жаровые трубы проверяются на
наличие прогаров, термического воздействия в виде изменения цвета
металла, трещин и следов фрикционного износа. Пламеперекидные
трубы проверяются на наличие обгорания концов и фрикционного
износа, трещины встречаются реже. Стопоры пламеперекидных труб в
основном подвергаются фрикционному износу и теряют упругость.
Таблица 3.3
Допустимые значения температурного «перекоса»
Внимание также следует уделять состоянию сварных швов
корпусных деталей, особенно корпуса топливной форсунки. Также
тщательно рекомендуется проверять сварные швы трубопроводов
топливного газа.
62
Проверка округлости корпусов. Округлость корпусов считается
удовлетворительной, если разница между суммой зазоров в
горизонтальной и вертикальной плоскостях не превышает 0,5 мм.
Проверка этого параметра осуществляется с помощью
проверочных отверстий, выполненных на корпусах турбоблока по
кругу в диаметрально противоположных точках.
Анализ состава топливного газа. Возможность протекания
коррозионных процессов оценивается с учетом агрессивности
топливного газа.
Серные и щелочные металлы могут присутствовать в
газообразной фазе, а также в виде загрязнителей в жидкой или твердой
фазе. Эти элементы вступают в реакцию и образуют корродирующие
сульфаты щелочных металлов в процессе сгорания. Сера
превращается в процессе сгорания газа в трехокись серы, которая
затем конденсируется в серную кислоту.
Рекомендуется оценивать концентрацию сероводорода Н2S,
двуокиси серы SO2, трехокиси серы SO3, чистой серы и двуокиси
углерода СО2.
Концентрация сероводорода Н2S, двуокиси серы SO2, трехокиси
серы SO3, чистой серы и двуокиси углерода СО2, серных и щелочных
элементов, натрия, калия, лития должна быть меньше, чем количество,
эквивалентное 5 частям на миллион частей газа.
Рекомендуемая концентрация серы – не более 30 частей на
миллион частей газа.
3.3.2. Техническое диагностирование
Цель технического диагностирования – получение информации
о реальном техническом состоянии ГТД, наличии в нем повреждений,
определение причин их возникновения и механизмов развития.
Техническое диагностирование ГТУ выполняется с
применением типовых приемов (способов) неразрушающего контроля
(ВИК, ЦД, МПД, ВК, УЗК и пр.).
При визуальном контроле основного материала и сварных
соединений рекомендуется проверять:
отсутствие (наличие) механических повреждений
поверхностей;
63
отсутствие (наличие) формоизменения элементов
конструкции (деформированные участки, коробление, провисания и
другие отклонения от первоначального расположения);
отсутствие (наличие) трещин и других поверхностных
дефектов, образовавшихся (получивших развитие) в процессе
эксплуатации;
отсутствие коррозионного и механического износа
поверхности.
При измерительном контроле состояния материала и сварных
соединений рекомендуется определять:
размеры механических повреждений основного материала и
сварных швов, в том числе длину, ширину и глубину трещин, вмятин,
забоин, раковин и других дефектов;
размеры деформированных участков материала и сварных
соединений;
овальность цилиндрических элементов;
прямолинейность (прогиб) образующей конструкции,
детали;
фактическую толщину стенки конструкции;
размеры зон коррозионных и эрозионных повреждений,
включая их глубину.
Контролю с использованием ЦД подлежат выявленные при
визуальном осмотре дефекты узлов и деталей обследуемых агрегатов
(вмятины, выпучины, риски, забоины) и зоны металла шириной 100–
150 мм по периметру этих участков, а также, в обязательном порядке,
трещины и протяженные дефекты любых размеров, напоминающие
трещины.
Магнитопорошковый метод предназначен для выявления
поверхностных и подповерхностных нарушений сплошности
материала: трещин, волосовин, непроваров, надрывов и т.д. Данный
вид контроля применяют для объектов из ферромагнитных материалов
с магнитными свойствами, позволяющими создавать в местах
нарушения сплошности магнитные поля рассеяния, достаточные для
притяжения частиц магнитного порошка.
Наиболее характерные признаки истинных дефектов
1. Шлифовочные трещины – выявляются в виде отдельных
четких линий или сетки. Усталостные трещины – в виде резко
64
очерченных, четких линий в местах концентрации напряжений.
Термические трещины выявляются так же четко, как шлифовочные.
2. Волосовины – выявляются в виде прямых линий различной
длины, расположенных вдоль волокон. Осаждение порошка над
закатами имеет вид серии извилистых линий.
3. Флокены – выявляются в виде отдельных прямолинейных
или искривленных черточек, расположенных группами и имеющих
случайное направление.
4. Неметаллические (шлаковые) включения – выявляются в
виде цепочек или точечных скоплений порошка.
Наиболее характерные признаки мнимых дефектов:
Образование полей рассеяния на стальных деталях при
отсутствии дефекта может происходить в случаях наличия
структурной неоднородности, ярко выраженной текстуры,
концентраций остаточных напряжений, резкого сужения сечения
детали, мест грубой механической обработки проверяемой
поверхности и т.д.
Метод вихревых токов используют в условиях эксплуатации, в
основном, для выявления поверхностных и подповерхностных
дефектов сплошности в деталях различной формы из
электропроводящих материалов. В отдельных случаях его применяют
для определения марки материала или значительных изменений
структуры некоторых сплавов. Наибольшие преимущества метода
вихревых токов проявляются при контроле деталей с защитными
покрытиями, небольших по площади участков, деталей,
расположенных в труднодоступных местах конструкции, при поиске
малораскрытых трещин, при контроле отверстий и т.д. Этот метод в
эксплуатации может быть применен также для измерения толщины
изделий или покрытий на них.
При контроле методом вихревых токов используют зависимость
амплитуды, фазы, траекторий, переходных характеристик и спектра
частот токов, возбуждаемых в изделии, от его формы и размеров,
физико-механических свойств и сплошности материала, расстояния до
датчика, частоты и скорости перемещений, в том числе вибрации.
Чувствительными элементами (датчиками), которые позволяют
получить сигнал о сплошности и других свойствах проверяемой
детали, являются катушки индуктивности.
65
Наиболее универсальными являются накладные датчики. Они
пригодны для контроля изделий практически любой формы и
размеров.
УЗК выполняется с целью контроля на наличие внутренних
дефектов сварных соединений, наружных дефектов сварного шва, не
определяемых ВИК, а также трещин и несплошностей в металле
деталей и узлов ГТД.
При проведении УЗК рекомендуется применять:
дефектоскопы ультразвуковые по ГОСТ 12503, ГОСТ
23667;
преобразователи пьезоэлектрические ультразвуковые по
ГОСТ 26266;
образцы стандартные по ГОСТ 14782;
вспомогательные приспособления и устройства для
соблюдения параметров сканирования и измерения характеристик
выявленных дефектов.
Перед проведением УЗК с контролируемой поверхности
удаляются защитные покрытия, а также следы коррозии, смазки и
влаги.
Объем диагностирования элементов двигателя и
рекомендации по устранению выявленных дефектов. Зазоры между
статором и ротором оказывают определяющее влияние на рабочие
характеристики ГТД. Для обеспечения высоких параметров двигателя
необходимо контролировать и поддерживать значения зазоров в
пределах, установленных разработчиком.
Измерение зазоров проводится на двигателе, освобожденном от
трубной обвязки, от входного воздухозаборного и выхлопного
устройств и от верхней половины всех корпусов.
Определение радиальных зазоров в недоступных для измерения
местах производится методом обжима на свинец. Измерение зазоров в
зоне горизонтального разъема проводится при помощи мерительного
инструмента. Пределы отклонений приведены в табл. 3.4.
66
Таблица 3.4
Деталь
Допускаемые
отклонения
Восстановительные
операции
Лопатки статора
компрессора
Не более 10 % от
величины, указанной
на чертеже
Замена или ухудшение
рабочих
характеристик
Лопатки ротора
компрессора
Не более 10 % от
величины, указанной
на чертеже
Замена или ухудшение
рабочих
характеристик
Выходной лабиринт
компрессора
Не более 10 % от
величины, указанной
на чертеже
Замена или ухудшение
рабочих
характеристик
Лопатки ТВД
На торце не более 10
% от величины,
указанной на чертеже
Замена или ухудшение
рабочих
характеристик
На уплотнениях
ножки ограничений
нет
См. примечание
Лопатки ТНД
На торце не более 10
% от величины,
указанной на чертеже
Замена или ухудшение
рабочих
характеристик
На уплотнениях
ножки ограничений
нет
См. примечание
Примечание. Увеличение зазоров между статором и ротором на
уплотнениях ножки лопаток турбины не приводит к ухудшению
рабочих характеристик. Увеличенные зазоры могут вызвать местную
циркуляцию горячих газов, что, в свою очередь, вызывает повышение
температуры дисков турбин.
Допускаемые отклонения радиальных зазоров и зазоров
горизонтального разъема двигателя
Контроль микроструктуры металла. Детали корпуса ГТД
стационарного типа изготавливают из различных марок чугунов и
углеродистых сталей.
Микроструктура чугуна оценивается в соответствии с ГОСТ
3443. Микроструктуру чугуна определяют по графиту и
металлической основе. При определении графита оценке подлежат:
67
форма, распределение, размеры, количество включений графита. При
определении металлической основы оценке подлежат: вид
микроструктуры, форма перлита, содержание перлита (или феррита),
дисперсность перлита, строение, распределение, размеры ячеек сетки
и площадь включений фосфидной эвтектики, количество и размеры
включений цементита (или цементита ледебурита).
Микроструктура углеродистой стали оценивается в
соответствии с ГОСТ 1763, ГОСТ 1778, ГОСТ 5639, ГОСТ 5640,
ГОСТ 8233, ГОСТ 10243, ГОСТ 11878 и ГОСТ 22838. При проведении
исследований рекомендуется руководствоваться положениями ОСТ
340700690 и СО 153034.17.44802003 (РД 34.17.448097).
3.3.3. Заключительная часть работ.
Оформление выходной документации
При положительных результатах технического
диагностирования ресурс ГТД увеличивается в индивидуальном
порядке с учетом наработки, фактического технического состояния, а
также результатов оценки прочности деталей и узлов двигателя, в
частности оценки:
уточненного НДС;
несущей способности;
ресурса по длительной прочности;
ресурса по МЦУ;
ресурса по подрастанию выявленных и вероятных дефектов;
учета накопленной в процессе эксплуатации
повреждаемости металла;
изменения физико-механических свойств металла;
других критериев прочности, а также по результатам
анализа выполнения рекомендованного объема ремонтновосстановительных работ и обследования технического состояния.
Продление ресурса узлов и деталей возможно только при
соответствии требованиям норм прочности корпусов турбомашин,
либо при расчетном и экспериментальном обосновании их прочности
и надежности, согласованном с Ростехнадзором.
По результатам работы оформляется заключение с
определением возможности, условий и срока (назначенного ресурса)
дальнейшей эксплуатации ГТД.
68
Установленный назначенный ресурс ГТД типа может быть
обеспечен только при соблюдении нормативных условий
эксплуатации ГПА в целом. В случае любых отклонений от
нормативных условий либо возникновения аварийных проводится
дополнительное обследование ГТД.
4. Показатели надёжности, диагностика и снижение энергозатрат
газоперекачивающих агрегатов
Одной из важнейших эксплуатационных характеристик
газоперекачивающего агрегата является его надёжность. Под
понятием надёжность агрегата понимается его свойство выполнять
заданные функции, сохраняя во времени значения установленных
эксплуатационных показателей в заданных пределах,
соответствующих режимам и условиям использования, технического
обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки.
Как видно из приведённого определения, надёжность агрегата
является комплексным свойством, которое в зависимости от
назначения и условий работы агрегата включает в себя такие понятия,
как работоспособность, неисправность, наработка на отказ,
ремонтопригодность. Надёжность агрегата в общем случае
определяется надёжностью его элементов, систем, его
обслуживающих, и характером их взаимодействия.
Под понятием работоспособность эксплуатации агрегата
понимается способность агрегата выполнять заданные функции
эксплуатации в пределах, допустимых нормативно-технической
документацией и инструкциями по его эксплуатации.
Под понятием неисправность агрегата понимается состояние,
при котором агрегат не соответствует хотя бы одному из требований,
установленных нормативно-технической документацией, даже в том
случае, если эта неисправность и не приводит сразу к отказу в его
работе.
Под понятием отказ понимается событие, заключающееся в
полной или частичной потере работоспособности агрегата. Поэтому
безотказностью агрегата называется его свойство непрерывно
сохранять работоспособность в течение заданного времени
эксплуатации.
Отказы в работе агрегата на КС возникают по разным
причинам:
69
из-за недостатков в конструкции узла или агрегата, так
Т
о
= Тр / n.
(4.1)
называемые конструктивные отказы;
из-за нарушения правил технологии изготовления или
монтажа агрегата на станции, так называемые технологические
отказы, и эксплуатационные отказы;
из-за нарушения правил эксплуатации агрегатов на станции.
Отсюда и возникает очень важное для эксплуатации понятие как
наработка на отказ, одно из основных понятий надёжности агрегатов
при их эксплуатации на газопроводах.
Наработка на отказ - это отношение суммарного времени
нахождения ГПА в работе за отчетный период (календарный год) Тр к
общему количеству отказов n газоперекачивающих агрегатов:
Кроме приведённых определений отказов в работе
оборудования, различаются ещё отказы систематические, полные,
частичные, внезапные и постепенные.
К систематическим отказам можно отнести отказы элементов,
узлов и обслуживающих вспомогательных систем ГПА, долговечность
которых во много раз меньше, чем долговечность самого агрегата,
например, работа систем разного рода уплотнений, износ масляных и
воздушных фильтров и т. п., требующих периодического ремонта и
замены; обычно эти дефекты устраняются на станции силами
обслуживающего персонала.
Под понятием полного отказа понимается нарушение
работоспособного состояния агрегата в целом, требующее длительной
его остановки, замены или сложного ремонта.
Под понятием частичного отказа понимается состояние, после
возникновения которого агрегат может использоваться по
назначению, но с меньшей эффективностью, например, при
разгерметизации регенераторов, утечке масла и т. п.
Внезапный отказ характеризуется скачкообразным изменением
одного или нескольких параметров, определяющих работу ГПА.
Внезапный отказ практически мгновенно переводит агрегат из
работоспособного состояния в состояние отказа.
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]