3. Характерные отказы энергоблоков

Для каждого из этапов жизненного цикла энергоблоков ГРЭС и ТЭЦ таких, как:

• ввод в эксплуатацию и освоение оборудования;

• приработка и выявление конструкционных и технологических недоработок;

• время стабильной эксплуатации освоенного в производстве оборудования;

• период повышенного износа и старения

характерны свои отказы.

Поэтому невозможно дать картину отказов по всему энергетическому оборудованию отрасли в целом без учёта особенностей жизненного цикла той или иной станции.

Несмотря на многообразие отказов, их можно классифицировать по следующим основным группам (рис.1):

• Отказы из-за ошибок персонала вызываются прямыми нарушениями нормативно-технической документации, недостаточной квалификацией операторов или несовершенствами организации и технического оснащения системы управления. Так, например, при несовершенной системе технического диагностирования принятие верного решения в критической ситуации часто определяется квалификацией специалиста. При неполной информации о техническом состоянии объекта вероятность ошибочного решения очень велика.

• Отказы из-за низкого качества ремонтных и профилактических работ чаще всего возникают при большом износе оборудования и слабой ремонтной базе предприятий. Определённый вклад в появление таких отказов может внести низкая квалификация ремонтного персонала, отсутствие запасных частей и различные организационно-технические недостатки.

• Отказы, причина которых в несовершенстве или в нарушениях технологии изготовления и монтажа, могут составлять более 15% всех отказов котлоагрегатов и 20 –25 % отказов турбин. Наиболее распространены нарушения процессов гибки, литья и термообработки деталей. Известно, что при гибке элементов трубопроводов диаметром более 100 мм овальность гнутой части трубы нередко превышает нормативные допуски (8%)¹. При отливке корпусов турбин и пароводяной арматуры возникают трещины различной глубины. Нарушения режимов термообработки деталей из жаропрочных сплавов приводят к нарушению структуры металла и снижению его прочностных характеристик.

• При монтаже, который часто можно рассматривать как завершающий этап строительства ТЭЦ или ГРЭС, имеют место нарушения технологии гибки, сварки, подгонки сопрягаемых поверхностей. На стационарных трубопроводах часто не соблюдаются заданные уклоны, неверно монтируются опорно-подвесные системы. Доля монтажных дефектов невелика – обычно в несколько раз меньше, чем заводских.

• Отказы, происшедшие из-за недостатков конструкции оборудования. Эти недостатки происходят вследствие ошибок в расчётах при проектировании, из-за несовершенства нормативной документации или недостаточного учёта условий функционирования энергоблоков. Характерными отказами данной группы являются коррозия поверхностей нагрева котлоагрегатов, эрозия лопаток последних ступеней турбин, повышенная вибрация турбин из-за разбалансировки и т.п. Недостатки конструкции обнаруживаются при разных наработках энергоблоков. Чаще всего основные отказы по конструктивным причинам выявляются при наработках 20 –30 тысяч часов. В то же время, коррозионное и эрозионное повреждения могут быть обнаружены только после выработки 70 – 80% назначенного ресурса оборудования.

• Отказы из-за несоответствия фактических условий работы расчётным возникают, например, при изменении состава топлива, сжигаемого в котлоагрегатах, что может вызвать повышенное золообразование и пережог трубных поверхностей. В турбинах это может быть увеличение пусковых или нерасчетных режимов работы, что приводит к увеличению динамических напряжений в лопатках и роторах. В результате быстрого накопления в металле повреждений возможны поломки лопаточного аппарата, деформация роторов и другие отказы. Значительные температурные напряжения возникают в трубопроводах свежего пара при изменениях мощности энергоблоков, например, вследствие суточного или аварийного изменения нагрузки. Это может вызвать развитие трещин в сварных стыках и в арматуре.

Известно, что с увеличением мощности энергооборудования повышаются параметры рабочего тела и растут напряжения в деталях. Это приводит к увеличению вероятности отказа даже при расчётных значениях параметров и в расчётных условиях эксплуатации. Поэтому одним из способов увеличения надёжности энергоблоков в эксплуатации является переход на пониженные параметры, если это допускает диспетчерский график нагрузки. Так, например, коэффициент готовности паротурбинных блоков К-300-240 с котлоагрегатом ПК-41 при понижении температуры перегретого пара от расчётного значения 565 ⁰С на 40⁰С увеличивается почти на 3% (рис.2).

Повышение коэффициента готовности в данном случае происходит за счёт увеличения запасов прочности и более благоприятных условий работы, что вызывает снижение повреждаемости.

На рис. 3. представлены сводные данные причин отказов основных элементов оборудования 76 энергоблоков мощностью 200-300 МВт одного из регионов России за период с 1989 по 1994 гг.

Проведенный анализ функциональных и технологических (табл.1, 2) отказов оборудования показал², что чаще всего отказы энергоблоков происходят из-за дефектов котлов. За рассматриваемый период на фоне снижения общего количество отказов наблюдается значительное увеличение количества функциональных отказов из-за дефектов турбин. Основными причинами отказов оборудования являются исчерпание его ресурса работы и естественный износ; значительное количество отказов происходит из-за ошибок эксплуатационного персонала и плохого качества ремонта оборудования.

Рис.1. Распределение отказов энергоблоков по причинам:

1- ошибки эксплуатации; 2- дефекты ремонта; 3- низкое качество монтажа; 4- недостатки конструкции и низкое качество изготовления

Рис.2. Влияние начальной температуры пара на коэффициент готовности энергоблока К-300-240