BADANIA URZĄDZEŃ TECHNICZNYCH ELEMENTEM SYSTEMU BIEŻĄCEJ OCENY ICH STANU TECHNICZNEGO I PROGNOZOWANIA TRWAŁOŚCI

Transkrypt

1 BADANIA URZĄDZEŃ TECHNICZNYCH ELEMENTEM SYSTEMU BIEŻĄCEJ OCENY ICH STANU TECHNICZNEGO I PROGNOZOWANIA TRWAŁOŚCI Opracował: Paweł Urbańczyk Zawiercie, marzec

2 Charakterystyka stali stosowanych w energetyce Przyjmując jako kryterium strukturę stali po chłodzeniu na wolnym powietrzu, stale do pracy w wyższych temperaturach dzieli się na następujące grupy: - stale ferrytyczne (ferrytyczno-perlityczne, ferrytycznobainityczne), - stale bainityczne, - stale martenzytyczne, - stale austenityczne. Niekiedy w różnych opracowaniach przyjmuje się podział stali na dwie podstawowe grupy: stale ferrytyczne i stale austenityczne. 2

3 Charakterystyka stali stosowanych w energetyce Rys. 1 Zastosowanie nowych gatunków materiałów. 3

4 Charakterystyka stali stosowanych w energetyce Rys. 2 Gatunki materiałów stosowanych do produkcji elementów ciśnieniowych kotłów. 4

5 Charakterystyka stali stosowanych w energetyce Rys. 3 Grubość elementu ciśnieniowego a wykonanie materiałowe. 5

6 Charakterystyka stali stosowanych w energetyce Porównanie własności stali pracujących w podwyższonych temperaturach. - Norma PN-81/H Stal do pracy w podwyższonych temperaturach. Gatunki - Norma PN-EN Rury stalowe bez szwu do zastosowań ciśnieniowych. Warunki techniczne dostawy. Część 2: Rury ze stali niestopowych i stopowych z określonymi własnościami w temperaturze podwyższonej - Norma PN-EN Wyroby płaskie ze stali na urządzenia ciśnieniowe. Część 2: Stale niestopowe i stopowe o określonych własnościach w podwyższonych temperaturach - Norma PN-EN Odkuwki stalowe na urządzenia ciśnieniowe. Część 2 stale ferrytyczne i martenzytyczne o określonych własnościach w podwyższonych temperaturach - Norma PN-EN Pręty walcowane na gorąco ze stali spawalnych o określonych własnościach w podwyższonych temperaturach na urzadzenia ciśnieniowe 6

7 Charakterystyka stali stosowanych w energetyce PN-75/H PN-EN PN-EN PN-EN PN-EN Temp. R z/100000, MPa Rys. 4 Porównanie wytrzymałości na pełzanie stali 10CrMo9-10/11CrMo9-10 7

8 Charakterystyka stali stosowanych w energetyce PN-75/H PN-EN PN-EN PN-EN PN-EN Temp. R et, MPa Rys. 5 Porównanie granicy plastyczności w podwyższonych temperaturach stali 10CrMo9-10/11CrMo9-10 (porównywalna grubość elementów) 8

9 Modernizacje bloków energetycznych oparte o wymianę głównych elementów ciśnieniowych 9

10 Rys. 6 Schemat analizy obiektu po długotrwałej eksploatacji [1] 10

11 Rys. 7 Trwałość resztkowa i rozporządzalna [1] 11

12 Definicja i kryteria trwałości Trwałość (t r ) jest umownym kompleksowym wskaźnikiem będącym zespołem wielu cech, a głównie struktury i właściwości materiału oraz takich czynników, jak warunki obciążeniowe i eksploatacyjne elementu konstrukcyjnego 12

13 Wśród czynników wpływających na trwałość elementów urządzeń ciśnieniowych można wyróżnić: - czynniki związane z wykonaniem elementu, - czynniki związane z montażem, - czynniki związane z eksploatacją elementu, - czynniki związane z konserwacją, diagnostyką, naprawami i modernizacją. 13

14 Zespół głównych czynników eksploatacyjnych wpływających na trwałość kotła i turbiny - liczba uruchomień i odstawień (w tym z jakiego stanu), - przebieg obciążenia (szczególnie podczas uruchamiania / odstawiania), - przeciążenia, - skoki temperatury, - strumieniowe uderzenia wodne (szoki termiczne), - zmienność agresywności środowiska, - inne (np. błędy eksploatacji). 14

15 Trwałość obliczeniowa, resztkowa i rozporządzalna Urządzenia pracujące powyżej temperatury granicznej Tg, projektowane są odpowiednio do obciążeń roboczych na ograniczony czas pracy (przyjmowane są wartości czasu godz. lub godz.). Założona w ten sposób wartość czasu obliczeniowego nazywana jest trwałością obliczeniową lub projektową (t o ). 15

16 Trwałość obliczeniowa, resztkowa i rozporządzalna Trwałość resztkowa (t re ) różnica czasu pomiędzy praktycznym czasem do zniszczenia (trwałością t r ) a rzeczywistym czasem eksploatacji (t e ) t re = t r - t e 16

17 Trwałość obliczeniowa, resztkowa i rozporządzalna Czas bezpiecznej eksploatacji w założonych w odpowiednich warunkach naprężenia i temperatury stanowiący około 60% trwałości resztkowej nazywany jest rozporządzalną trwałością resztkową (t re0,6 ). 17

18 Źródła występowania trwałości resztkowej - sposób wyznaczania czasowej wytrzymałości na pełzanie R z ( zasadnicze znaczenia ma różnica wytrzymałości na pełzanie w zależności od składu chemicznego i stanu materiału), - uproszczenia i niedoskonałości w fazie projektowania urządzenia/elementu ( rozwiązania konstrukcyjne, przyjęte wartości, sposób doboru grubości ścianki urządzenia), - sposób w jaki prowadzony jest eksploatacja urządzenia. 18

19 Metody badań Nieniszczące Niszczące Badania materiału po eksploatacji -próby pełzania długotrwałe i przyspieszone -badania innych własności mechanicznych np. KCV, Ret, twardość itp.. -defektoskopowe metody badań np. penetracyjne, ultradźwiękowe, magnetyczne, endoskopowe, WIT, prądami wirowymi -ocena odkształceń lub/i prędkości pełzania -ocena cech geometrycznych pomiar średnic, grubości ścianki, strzałki ugięcia, - metody metalograficzne niszczące i nieniszczące wykonywane bezpośrednio na obiekcie (struktura, tlenki, osady) Metody obliczeniowe: -wstępna ocena szczegółowych badań i pomiarów na obiekcie -ponowne przeliczenia z zastosowaniem uzyskanych rzeczywistych wyników badań na obiekcie -obliczenia projektowe dla danych obliczeniowych i rzeczywistych Rys. 8 Metody szacowania trwałości resztkowej 19

20 Rys. 9 Sposób rozmieszczenia miejsc do wykonania replik matrycowych na komorze [1] 20

21 Rys. 10 Klasy wewnętrznych uszkodzeń materiału podczas eksploatacji [2] 21

22 Rys. 11 Klasyfikacja uszkodzeń wewnętrznych w zależności od stopnia wyczerpania [2] 22

23 Norma PN-EN Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze. Obliczenia oczekiwanej trwałości kotłów podczas eksploatacji - jako alternatywa zastosowania monitorowania stanu technicznego urządzeń pracujących w podwyższonych temperaturach -Załącznik A. Obliczenia uszkodzeń powodowanych pełzaniem w czasie eksploatacji - Załącznik B. Obliczenia uszkodzeń powodowanych zmęczeniem w czasie eksploatacji. 23

24 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ 24

25 Urząd Dozoru Technicznego Centrum Szkolenia - Akademia UDT ul. Szczęśliwicka 34, Warszawa Tel: (0 22) Fax: (0 22) szkolenia@udt.gov.pl Internet: Biuro: Al. Jerozolimskie 136 budynek Eurocentrum - V piętro Zapraszamy do zapoznania się z informacją o naszej aktualnej ofercie dostępnej na stronie w zakładce Szkolenia. 25