Autor. Tomasz Zaczkiewicz ENERGOPOMIAR Sp. z o.o. Zakład Chemii i Diagnostyki

Transkrypt

1 Autor Tomasz Zaczkiewicz ENERGOPOMIAR Sp. z o.o. Zakład Chemii i Diagnostyki Energopomiar od wielu już lat przeprowadza badania diagnostyczne zamocowań rurociągów pary świeżej i pary wtórnie przegrzanej, rurociągów wody zasilającej, komór zbiorczych i komór paleniskowych kotłów. Realizowane prace obejmują oceny stanu technicznego zawieszeń i podpór wymienionych urządzeń oraz badania będące podstawą tych ocen, głównie pomiary przemieszczeń urządzeń, pomiary obciążeń zawieszeń i podpór, pomiary i regulacje sił w zawieszeniach. W ostatnich na przykład trzech latach wykonywano ponad 20 takich prac o szerokim zakresie rzeczowym, na zamówienia elektrowni i elektrociepłowni, także firmy Foster Wheeler i ZRE Katowice. Prace te dotyczyły między innymi 12 bloków w elektrowniach: Bełchatów, Turów, Jaworzno III, Łagisza [1]. W artykule przedstawiono pokrótce wybrane zagadnienia z doświadczeń w dziedzinie prowadzonych badań diagnostycznych [2]. Charakterystyka techniczna zamocowań W przypadku głównych rurociągów układu kocioł-turbina wysokie parametry pary i wody powodują trudne warunki pracy materiału tych rurociągów. Dotyczy to w szczególności rurociągów parowych, które pracują przy temperaturach do około 540ºC i ciśnieniach około 18 MPa. Duży zakres zmiany temperatury rurociągu od stanu zimnego (postój) do stanu gorącego (praca) powoduje duże wydłużenia cieplne materiału, czyli duże przemieszczenia rurociągu. Z wartością ciśnienia czynnika związane są natomiast wartości naprężeń występujących dodatkowo w rurociągu. Z tych względów, w celu zapewnienia prawidłowej, bezawaryjnej pracy rurociągu, niezbędny jest system zawieszeń kompensujący wydłużenia cieplne i niedopuszczający do powstawania nadmiernych naprężeń. Takie same funkcje spełniają zawieszenia wykorzystywane do podwieszania komór zbiorczych jak również komory paleniskowej kotła parowego. Podstawowe parametry, które charakteryzują zawieszenie to: typ, nośność, zakres przemieszczeń roboczych i histereza. Typ zawieszenia Istnieje wiele typów zawieszeń, które różnią się od siebie budową oraz zasadą działania. Podstawowe typy to zawieszenia sprężynowe: jednosprężynowe i dwusprężynowe oraz podpory sprężyste. Wyróżnia się także zawieszenia stałosiłowe ciężarkowe i stałosiłowe sprężynowe. Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych zawieszeń sprężynowych jak i stałosiłowych pokazano na rysunkach 1 do 5. Wszystkie te zawieszenia zezwalają na przemieszczanie się rurociągu w osiach X, Y i Z. Istnieją też zawieszenia i podpory, które ograniczają ruch rurociągu 1 / 5

2 w określonej osi lub osiach: podpory kulowe ograniczają ruch w osi Y, podpory ślizgowe ograniczają ruch w zależności od konstrukcji w każdej osi, cięgna stałe ograniczają ruch w osi Y. Nośność zawieszenia Nośność zawieszenia dobierana jest na podstawie obliczeń ciężaru rurociągu wraz z izolacją cieplną. Obliczenia te wykonywane są za pomocą specjalistycznych programów komputerowych. Zakres przemieszczeń roboczych zawieszenia Przez zakres przemieszczeń rozumie się obliczone przemieszczenia rurociągu w miejscu zamontowania zawieszenia. Zawieszenia dobierane i regulowane są w taki sposób, aby zezwalały na żądane przemieszczenia w miejscu ich zabudowania. Histereza zawieszenia Histerezę można zobrazować graficznie przez pole zawarte wewnątrz krzywej opisanej zależnością sił reakcji zamocowania w funkcji przemieszczania się rurociągu w czasie pełnego cyklu zmian cieplnych warunków pracy bloku, to znaczy od uruchomienia do odstawienia bloku. Pole to odwzorowuje pracę wykonaną dla pokonania oporów wewnętrznych zawieszenia. Za poprawną wartość przyjmuje się histerezę o wartości nie większej niż 5 % nośności zawieszenia. Zakres badań diagnostycznych W celu zapewnienia poprawnej pracy, a pośrednio zwiększenia żywotności rurociągów, należy obok innych badań przeprowadzać okresową diagnostykę i ewentualną regulację zawieszeń. Podczas diagnozowania zawieszeń trzeba pamiętać, że wyznaczenie rzeczywistej siły, jaką przenosi zawieszenie jest ważnym punktem badań, ale nie jedynym. Należy zwrócić również uwagę na pozostałe parametry charakteryzujące pracę zawieszenia (zakres przemieszczeń roboczych, histereza) oraz ogólny jego stan techniczny, który ma podstawowy wpływ na poprawność działania. Nierzadko zdarza się, że na złą pracę zawieszenia mają wpływ czynniki zewnętrzne, na przykład kolizja rurociągu z elementem konstrukcyjnym czy też z innym rurociągiem, lub niewłaściwe dobranie zawieszenia. Dlatego też obok pomiarów należy uważnie analizować sytuację i zawsze przeprowadzać oględziny trasy całego rurociągu przed ewentualną regulacją zawieszeń. Po regulacji znacznej ilości zawieszeń, zwłaszcza gdy rurociąg jest już długo eksploatowany i istnieje przypuszczenie, 2 / 5

3 że charakterystyki sprężyn zmieniły się, warto przeprowadzić kontrolne pomiary geodezyjne spadków rurociągów. O ile kontrola wszystkich tych parametrów zawieszeń sprowadza się do oględzin i wysnuwania wniosków lub prostych pomiarów długości przemieszczeń zawieszeń, o tyle pomiar siły, jaką przenosi badane zawieszenie, jest sprawą bardziej złożoną. Stosowane metody pomiarowe Jedną z metod wyznaczania nośności jest pomiar długości sprężyny zawieszenia i odczytanie siły z charakterystyki sprężyny. Jest to jednak sposób obarczony dużym błędem ze względu na różnorodność materiału sprężyn, do których przypisana jest jedna charakterystyka wyznaczona przez producenta. Błąd ten pogłębia się z upływem czasu eksploatacji zawieszenia i starzeniem się sprężyn. Oczywiście realizacja tego sposobu jest niemożliwa przy braku charakterystyk sprężyn, a to zdarza się dość często. Innym sposobem jest wymontowanie zawieszenia i ustalenie rzeczywistej charakterystyki sprężyny przy użyciu maszyny wytrzymałościowej. Jest on jednak bardzo pracochłonny i czasochłonny, a do tego drogi z wymienionych powodów. Ponadto w tej sytuacji nie wiadomo, co dzieje się z sąsiednimi zawieszeniami w przypadku zmiany zadanej siły. Z tych względów ośrodki zajmujące się pomiarami sił w zawieszeniach wypracowały inne metody pomiarów, chronione z reguły zastrzeżeniami patentowymi. Ich wspólną cechą zazwyczaj jest pomiar oparty na dynamometrze tensometrycznym. Energopomiar także posiada własną metodę pomiaru sił przenoszonych przez zawieszenia, której podstawowym elementem jest czujnik tensometryczny. Czujnik ten zbudowany jest z tulei, na której naklejone są tensometry pomiarowe i kompensujące wpływ temperatury otoczenia na rezystancję tensometrów. Czujnik sprzężony jest z mostkiem tensometrycznym, który zezwala na bezpośredni odczyt mierzonej siły dzięki odpowiedniemu wyskalowaniu. Kalibracja całego układu przeprowadzana jest przy użyciu maszyny wytrzymałościowej, na której czujnik tensometryczny jest ściskany, co powoduje zmianę rezystancji tensometrów, co, jak wiadomo, jest proporcjonalne do wydłużenia tensometru w zakresie sprężystości materiału. Każdej takiej zmianie przyporządkowana jest odpowiednia siła. Czujniki tensometryczne montowane są na końcówkach cięgien zawieszeń w sposób pokazany na rysunku 6. Czujnik poprzez dokręcanie nakrętki napinającej do momentu powstania szczeliny pomiędzy nakrętką regulacyjną zawieszenia a miseczką sprężyny jest ściskany i przejmuje siłę przenoszoną przez zawieszenie. W tym momencie wykonywany jest pomiar. W wielu jednak przypadkach nie ma możliwości zainstalowania czujnika pomiarowego w ten sposób z powodu braku dostępu do sprężyny, czy też innej konstrukcji zawieszenia. Dlatego wprowadzono do użytku oprzyrządowanie pomocnicze, które zezwala na montowanie czujników w innych miejscach zawieszenia. Jednym z takich miejsc jest często występująca śruba napinająca na cięgnie zawieszenia lub połączenie dwóch części cięgna ogniwami. Poniżej przedstawiono dwa 3 / 5

4 przykłady sposobu montowania oprzyrządowania pomocniczego na elementach zawieszenia. Przypadek 1: pomiar siły na koluchu cięgna zawieszenia, rysunek 7. W celu wyznaczenia siły przenoszonej przez zawieszenie montuje się specjalne szczęki na cięgnie po obu stronach śruby napinającej lub połączenia przegubowego. Szczęki te są połączone ze sobą śrubami napinającymi, na których zamontowane są dynamometry tensometryczne. Szczęki są ściągane poprzez śruby napinające do momentu przejęcia przez nie całego obciążenia zawieszenia i w tym czasie wykonywany jest pomiar nośności. Przypadek 2: pomiar siły na belce zawieszenia, rysunek 8. Ten przypadek różni się od poprzedniego tym, że dolną szczękę zastępuje belka zaparta na belce zawieszenia. Taki sposób ma zastosowanie przy diagnostyce zawieszeń z dwoma cięgnami. Jest on bardzo przydatny w przypadkach, gdy nie ma dostępu do sprężyn, które często znajdują się znacznie wyżej niż rurociąg, natomiast jest dostęp do zawieszenia na poziomie rurociągu. Są to najczęstsze metody stosowane do instalowania dynamometrów tensometrycznych w celu pomiaru nośności zawieszeń. Trzeba pamiętać, że zdarzają się też sytuacje podczas badań, gdzie żadnej z tych metod nie da się wykorzystać bezpośrednio. W takich sytuacjach należy podejść do problemu indywidualnie i zaprojektować osprzęt pomocniczy pod konkretne zawieszenie. Nowy system diagnostyczny Podczas pomiarów, a zwłaszcza regulacji zawieszeń, podstawowym problemem jest ocena wpływu regulacji jednego zawieszenia na nośność innych. W tym celu Energopomiar podjął nowatorskie prace nad specjalnym systemem diagnostycznym, którego schemat pokazano na rysunku 9. Na ukończeniu są prace, których efektem będzie oprzyrządowanie umożliwiające jednoczesny pomiar sił w dwunastu zawieszeniach, z monitoringiem zmian w nośnościach tych zawieszeń podczas ich regulacji. Dzięki temu będzie wprowadzona kontrola wpływu regulacji poszczególnych zawieszeń na sąsiadujące, a tym samym wyregulowanie wszystkich zawieszeń w sposób zapewniający bezpieczną eksploatację. Całe oprzyrządowanie będzie kompatybilne z oprogramowaniem umożliwiającym archiwizację danych. Dla przykładu, na rysunku 10 przedstawiono wykres będący ilustracją efektu jednej z prac wykonywanych przez zespół Energopomiaru. Są to wybrane wyniki pomiarów i regulacji sił w dwunastu zawieszeniach. Kolorem czerwonym zaznaczono stan początkowy przed regulacją, natomiast kolorem niebieskim stan końcowy po regulacji. Jak widać, w efekcie przeprowadzonej regulacji udało się doprowadzić do sytuacji, w której nośności zawieszeń są zbliżone do wymaganych wartości projektowych, pomimo dużych początkowych odchyleń o ponad 30 %. 4 / 5

5 Podsumowanie W artykule przybliżono metodykę pomiarów nośności zawieszeń rurociągów i komór kotłowych w elektrowniach cieplnych, stosowaną przez Energopomiar. Zwrócono uwagę na niektóre problemy spotykane podczas wykonywania pomiarów i regulacji nośności zawieszeń, a także na sposoby ich rozwiązywania. Diagnostyka zawieszeń nie polega jedynie na pomiarze ich nośności. Pomiar siły jest tylko jednym z jej elementów. Podczas diagnozowania zawieszeń należy zwracać uwagę również na ogólny stan techniczny każdego zawieszenia i poprawność działania całego układu zawieszeń. Literatura [1] Sprawozdania Energopomiaru z pomiarów diagnostycznych zawieszeń głównych rurociągów (pary świeżej, pary wtórnie przegrzanej, wody zasilającej) oraz komór kotłowych w elektrowniach cieplnych.. [2] Zaczkiewicz T., Gruca M.: Diagnostyka zamocowań i podpór komór oraz głównych rurociągów w energetyce. VII Forum Dyskusyjne Diagnostyka i chemia dla energetyki zorganizowane przez Energopomiar Sp. z o.o. w dniach maja 2009 r. w Szczyrku. Pełna wersja referatu (z rysunkami) dostępna w Biuletynie Naukowo - Technicznym Energopomiaru nr 1/(235) w miesięczniku "Energetyka" 1/ / 5