авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Прогнозирование ресурса и надежности теплообменного оборудования электрических станций

-- [ Страница 1 ] --

_____________________________________________________________

На правах рукописи

Дерий Владимир Петрович

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕСУРСА И НАДЕЖНОСТИ

ТЕПЛООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

Специальности:

05.14.14 – Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

05.14.03 – Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации

автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иваново 2008

Работа выполнена на кафедре атомных электрических станций ГОУВПО “Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина” и в организации “Атомтехэнерго”

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Семенов Владимир Константинович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Кукушкин Александр Николаевич кандидат технических наук, доцент Коротков Александр Николаевич
Ведущая организация: «Научно-производственное объединение по технологии машиностроения НПО ЦНИИТМАШ», г. Москва

Защита состоится 10 апреля 2008 года в 1100 часов на заседании диссертационного совета Д 212.064.01 при Ивановском государственном энергетическом университете по адресу: 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, корпус “Б”, аудитория 237.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим присылать по адресу:153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, Ученый Совет ИГЭУ.Тел.:(4932)38-57-12.E-mail: uch_sovet@ispu.ru, факс (4932)38-57-78

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного энергетического университета.

Автореферат разослан ……………….2008 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

д-р техн. наук, профессор А.В. Мошкарин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Решение проблемы энергообеспечения страны ставит ряд задач перед энергетикой. К важнейшим из них относятся повышение эффективности действующих энергоблоков, их модернизация, продление сроков службы стареющих электрических станций, ввод в эксплуатацию законсервированного оборудования и сооружение энергоблоков нового поколения. Опыт эксплуатации ТЭС и АЭС показывает, что большинство случаев простоя станций связано с выходом из строя теплоэнергетического оборудования. Причем, это касается не только ведущего оборудования (парогенераторов, турбин), но и вспомогательного оборудования, в частности, теплообменных аппаратов. Эта группа вспомогательного оборудования оказывает существенное влияние на результаты работы ТЭС и АЭС. Неисправности в работе конденсаторов, аппаратов системы регенерации и подогрева сетевой воды являются одной из причин снижения экономичности и надежности работы паротурбинных установок. В свете сказанного, повышение эффективности и надежности теплоэнергетического оборудования ТЭС и АЭС является чрезвычайно актуальным.





Надежность оборудования обеспечиваются жестким соблюдением технологического режима, техническим обслуживанием и ремонтом оборудования. Техническое обслуживание и ремонт оборудования базируются на системе планово-предупредительных ремонтов (ППР). Эта система основывается на среднестатистических данных обследования состояния оборудования. При этом не учитываются различие в условиях эксплуатации оборудования, его исходное состояние и износ. В особенности это касается оборудования, вводимого в эксплуатацию после длительной консервации. Поскольку теплоэнергетическое оборудование является чрезвычайно дорогим, то назначение одинаковых сроков ППР для оборудования с различным износом приводит к совершенно неоправданному расходу материальных ресурсов. На повестке дня стоит внедрение более совершенной системы обслуживания и ремонта оборудования в зависимости от его технического состояния. Разработка новой методологии требует организации прогнозирования состояния каждого индивидуального аппарата на основе имеющейся о нем информации. Только на основе прогноза технического состояния аппарата можно принять правильное решение о выводе его в ремонт, продлении срока службы или снятии с эксплуатации. В первую очередь это относится к теплоэнергетическому оборудованию, введенному в эксплуатацию после длительной консервации и хранения, когда стартовое состояние аппаратов очень сильно отличаются от состояния новой аппаратуры.

Особенно остро названная выше проблема стоит для парогенераторов, коррозионная повреждаемость которых определяется водно-химическим режимом и представляет большую проблему для АЭС. В последние годы стали массовым явлением аварии и отказы, обусловленные растрескиванием коллекторов и разгерметизацией теплообменных трубок (ТОТ). Образование трещин в стенках трубчатки приводит к радиоактивному загрязнению турбоустановки. Повреждение ТОТ требует срочного ремонта с заглушкой трубок, либо замены ПГ. Когда число заглушенных трубок составит порядка 15%, мощность блока должна быть снижена, что отрицательно скажется на его экономичности. Замена ПГ требует трудоемких и дорогостоящих работ со значительными дозовыми нагрузками на персонал. Продолжительность простоев при замене ПГ может составлять порядка 300 дней и более при стоимости замены порядка 100-200 млн. долларов. Для сокращения сроков выполнения работ заблаговременно необходимо провести соответствующую подготовку. Опыт эксплуатации показал, что технические состояния отдельных парогенераторов даже в пределах одного блока могут сильно отличаться друг от друга.

Таким образом, разработка математических методов и организация индивидуального прогноза сроков химических промывок и количества поврежденной коррозией трубчатки теплообменного оборудования ТЭС и АЭС, являются актуальными.

Цель работы заключается в разработке математических моделей, позволяющих построить функции прогноза сроков химической промывки и числа поврежденных ТОТ отдельных аппаратов с учетом их состояния и условий эксплуатации.

Поставленная цель достигнута путем решения следующих задач:

  • разработка стохастической математической модели процесса глушения трубчатки теплообменных аппаратов;
  • разработка математической модели стохастического процесса роста числа коррозионных отложений на теплообменной поверхности аппаратуры;
  • определение параметров идентификации функций прогноза состояния трубчатки теплообменных аппаратов на основе результатов их обследования.

Научная новизна работы заключалась в следующем:

  1. Впервые предложена стохастическая математическая модель прогноза числа заглушенных теплообменных трубок. Модель позволяет определить не только среднее число заглушенных ТОТ, но и их флуктуации. Для ряда конкретных аппаратов ТЭС и АЭС разработаны пакеты прикладных программ и выполнены численные эксперименты по прогнозу среднего числа заглушенных труб и их флуктуаций.
  2. Впервые разработана стохастическая математическая модель прогноза количества коррозионных отложений на теплообменных поверхностях парогенераторов. Модель позволяет построить функции прогноза не только для средних величин коррозионных отложений, но и для их флуктуаций.
  3. Предложена математическая модель оценки надежности теплообменного оборудования ТЭС, учитывающая зависимость интенсивности восстановления аппарата от времени ремонта.

Достоверность основных результатов базируется на использовании основных законов физической кинетики, физической химии и верификации результатов прогноза на основе обследования состояния аппаратуры.



Практическая значимость работы. В результате выполненной работы разработаны научные основы для прогноза количества коррозионных отложений на теплообменных поверхностях аппаратов, сроков их химической промывки, прогнозирования числа заглушенных теплообменных трубок и сроков достижения трубчаткой критического состояния.

  • Выполнено прогнозирование состояния трубчатки сетевых подогревателей ТЭС. Для старых станций метод может использоваться как вспомогательный, тогда как для новых станций его можно использовать самостоятельно.
  • Проведена оценка надежности теплообменного оборудования ТЭС.
  • Приведены результаты численных экспериментов по прогнозированию роста количества коррозионных отложений и сроков химической промывки конкретных ПГ АЭС.
  • Для действующих АЭС предложено введение электронного паспорта прогноза состояния каждого парогенератора, в который зашита программа по прогнозу количества коррозионных отложений и числа заглушенных ТОТ. В течение срока эксплуатации ПГ результаты прогноза корректируются на основе вновь поступающей информации о состоянии аппарата. Полученные результаты рекомендованы для использования на действующих АЭС.

Личное участие автора. Автором сформулирована задача паспортизации состояния трубчатки теплообменных аппаратов, собран и обработан обширный материал по накоплению в них различных дефектов. С участием автора разработаны математические модели и программы, на основе которых выполнены расчеты по прогнозированию состояния трубчатки теплообменных аппаратов и их надежности.

На защиту выносятся следующие положения и результаты:

  1. Математические модели стохастического процесса накопления коррозионных отложений на трубчатке парогенераторов и стохастического процесса глушения теплообменных трубок парогенераторов.
  2. Полуэмпирические уравнения для скорости роста коррозионных отложений, скорости роста количества заглушенных теплообменных трубок и методы реализации этих уравнений.
  3. Численные эксперименты по построению функций прогноза по состоянию трубчатки парогенераторов с различным стартовым состоянием и результаты верификации функций прогноза.
  4. Структура паспорта состояния трубчатки парогенератора.

Апробация результатов работы и публикации. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и симпозиумах:

  1. X международная конференция “Безопасность АЭС и подготовка кадров – 2007”, Обнинск, 2007 г.;
  2. Международная научно-технической конференция “XIV Бенардосовские чтения”, Иваново,2007 г.
  3. Научно-техническая конференция “Перспективные энергетические технологии. Экология. Экономика, безопасность и подготовка кадров”. Екатеринбург, 2006 г.;
  4. Научно-практическая конференция “Состояние и перспективы строительства и безопасной эксплуатации Волгодонской АЭС”, Волгодонск, 2007г.;
  5. Научно-технический совет “Атомтехэнерго” 2005-2007 г.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации составляет 199 страницы основного текста, включая 85 рисунков, 15 таблиц и 56 страниц приложения. Список литературы содержит 148 наименований.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи работы, ее научная новизна, практическая ценность, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен литературный обзор по накоплению различных дефектов в теплообменном оборудовании ТЭС и показано, что основными видами работ, проводимых на станциях для восстановления работоспособности теплообменных аппаратов, являются чистка, заглушка и перепаковка трубчатки.

Показано, что прогнозирование коррозионных отложений и количества заглушенных теплообменных трубок на АЭС является важным этапом стратегии и тактики ввода в эксплуатацию и эксплуатации парогенераторов после длительного хранения и консервации. Вместе с тем поставленная задача также является актуальной и для вновь вводимого в эксплуатацию теплоэнергетического оборудования.

В литературном обзоре проанализированы причины и механизмы коррозионных повреждений трубчатки теплообменных аппаратов ТЭС и АЭС. Ответственным за эти повреждения является водно-химический режим и электрохимическая коррозия под напряжением.

Также в работе проведен обзор методов прогнозирования состояния трубчатки и сроков химической промывки аппаратуры. Для теплообменного оборудования ТЭС в качестве признаков состояния теплообменных поверхностей используются снижение вакуума в конденсаторах или недогрев воды на выходе сетевых подогревателей. Непосредственно прогноз состояния трубчатки не ведется.

Для парогенераторов АЭС упор в математических моделях прогноза делается на прогнозирование средних значений дефектов без учета флуктуаций. При этом для прогноза средних значений используется та или иная произвольно выбранная функция, удачно аппроксимирующая экспериментальную кривую зависимости числа накопившихся дефектов от времени. Если подобрать хорошую функцию не удается, то аппроксимацию ведут по отдельным временным участкам со своими коэффициентами идентификации. Вопрос о правомерности и надежности подобного подхода остается открытым. Характер закона, которому подчиняется процесс накопления дефектов, в литературе вообще не анализируется. Здесь под дефектами понимается количество коррозионных отложений или количество заглушенных теплообменных трубок.

Постановка теории прогноза на твердую научную основу и определила цели и задачи настоящей работы.

Глава 2 содержит обоснование и реализацию математической модели для прогнозирования ресурса трубчатки теплообменных аппаратов ТЭС и АЭС.

Задача прогноза ресурса трубчатки должна заключаться в определении времени достижения числом заглушенных трубок некоторого критического значения.

Коррозионные повреждения теплообменных трубок определяются целым комплексом условий: накоплением отложений занесенных продуктов коррозии оборудования и трубопроводов второго контура, тепловым и динамическим режимом работы аппарата, внешними механическими воздействиями, наличием химически активных частиц, и пр. Поскольку многие причины повреждения трубчатки являются неконтролируемыми, то на процесс старения следует смотреть как на стохастический и исходить из вероятностных представлений. В работе используется предположения о том, что процесс глушения трубок является непрерывным во времени и дискретным по числу заглушенных трубок N марковским процессом. На основании этого в работе получено уравнение для вероятности того, что система, имевшая в момент времени N0 заглушенных трубок, к моменту t будет иметь N заглушенных трубок

(1)

Здесь Q(N,t) – средний поток заглушенных трубок в системе.

Полученное уравнение в теории марковских процессов называется уравнением чистого размножения и представляет собой частный случай уравнения Колмогорова. Для краткости записи аргументы N0 и t0 опущены. Заметим, что при N=N0 правая часть уравнения не должна содержать первого слагаемого.

Как правило, зависимость (N) нелинейная, поэтому решение уравнения (1) можно найти только численными методами при помощи вычислительной техники. Между тем, для практики часто достаточно знать, как ведут себя средние числа заглушенных трубок и их флуктуации. Для знания этих величин не требуется определения явного вида функции распределения. В работе методом моментов при условии малости дисперсии распределения получены уравнения для средних величин <N> и для дисперсии распределения:

, (2)

. (3)

На основе анализа механизма повреждения трубчатки в работе предложено полуэмпирическое уравнение для потока заглушенных трубок

, (4)

где - коэффициент, учитывающий изменчивость условий водно-химического режима и старение аппарата в процессе его эксплуатации. Решение этого уравнения имеет вид:

. (5)

Здесь <N> -нормированное на единицу число заглушенных трубок, , и - коэффициенты идентификации, подлежащие определению на основе результатов обследования ПГ. В соответствии с законом роста числа заглушенных трубок дисперсия распределения представляется следующим выражением:

. (6)

При начальном числе заглушенных трубок N0=0 и дисперсии 0=0 зависимость имеет вид (рис.1).

Идентификация коэффициентов , и проведена на основе регрессионного анализа по методу наименьших квадратов протоколов глушения трубчатки теплообменных аппаратов.

Рис.1. График зависимости дисперсии распределения

от среднего числа заглушенных трубок

В третьей главе приводятся результаты прогнозирования ресурса трубчатки и надежности теплообменного оборудования ТЭС.

На основе полученных выражений (1-6) составлены программы в среде MathCAD для расчета функций прогноза числа заглушенных трубок и их флуктуаций. Программы апробированы на прогнозе числа заглушенных трубок сетевых подогревателей Ивановской ТЭЦ-2. Перепаковка трубчатки сетевых подогревателей производится при достижении числом заглушенных трубок 10% от общего числа трубок. Так как время достижения трубчаткой предельного состояния для всех подогревателей оказалось небольшим, то в зависимости (t) квадратичное слагаемое не учитывалось.

В качестве примера на рис.2 приведены функции прогноза числа заглушенных трубок для двух сетевых подогревателей БО-350М (индекс 1) и БО-200.

 Функции прогноза заглушенных трубок-11

Рис.2. Функции прогноза заглушенных трубок сетевых подогревателей

ИвТЭЦ-2

Некоторые результаты расчета коэффициентов идентификации функций прогноза представлены в табл. 1. В третьем столбце указано время достижения аппаратом критического состояния, а в последнем- относительная флуктуация .

Таблица 1. Коээфициенты идентификации функций прогноза заглушенных трубок сетевых подогревателей ИвТЭЦ-2



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.