Диагностирование деаэраторов и баков-аккумуляторов ТЭЦ: коррозия, трещины и объём контроля

Деаэраторный бак и бак-аккумулятор горячей воды — два объекта, разрушение которых на ТЭЦ даёт не локальную течь, а лавинообразный выброс большой массы перегретой воды. Бак-аккумулятор на несколько тысяч кубометров, потерявший днище, сносит ограждения и заливает территорию кипятком за минуты. Деаэраторный бак разрывается по кольцевому шву с мгновенным вскипанием содержимого. Оба сценария многократно реализовывались на практике, и оба развиваются из дефектов, которые видны при нормально выполненном диагностировании.

Разбираем техническую сторону: где именно концентрируются повреждения, какие методы контроля что показывают, как строится программа обследования и что делают с найденными дефектами.

Деаэратор: где рождаются повреждения

Деаэрационная установка состоит из колонки, где происходит термическая дегазация, и аккумуляторного бака. Среда — вода при температуре, близкой к насыщению, с выделяющимися агрессивными газами. Отсюда характерная картина повреждений.

Зона переменного уровня в баке. Самое проблемное место. Поверхность металла здесь попеременно контактирует с водой и с паровоздушной смесью, защитная плёнка не формируется устойчиво, а выделившийся кислород и углекислота работают в паровом объёме. Результат — язвенная и ручейковая коррозия по полосе вдоль корпуса. Утонение здесь идёт в разы быстрее, чем на постоянно затопленных участках.

Паровое пространство и верхняя образующая. Конденсат, обогащённый газами, стекает по стенке и создаёт условия для кислородной коррозии. Проверяется обязательно, хотя вода туда «не достаёт».

Кольцевые сварные швы корпуса бака. Ключевая точка. Бак опирается на седловые опоры, работает с переменным уровнем и с колебаниями температуры при изменении нагрузки и при пусках. Кольцевой шов воспринимает изгибающий момент от массы содержимого и осевые температурные напряжения. В сочетании с коррозионным утонением и с дефектами исполнения шва это даёт трещины, которые развиваются от внутренней поверхности и долго не видны снаружи.

Зоны врезок и штуцеров. Подвод конденсата, пара, выпар, линии рециркуляции, предохранительные устройства, водоуказательные приборы. Концентраторы напряжений плюс локальная эрозия от струи — устойчивое сочетание.

Опорные узлы. Под седловыми опорами скапливается влага, изоляция намокает, начинается подпленочная коррозия наружной поверхности. Классика: бак осматривают изнутри, а разрушение начинается снаружи под опорой.

Колонка деаэратора. Тарелки, насадка, корпус колонки, узел соединения с баком. Здесь к коррозии добавляется эрозионный износ и разрушение внутренних устройств, которое само по себе не ведёт к разрыву, но ухудшает деаэрацию и запускает коррозию всего питательного тракта.

Объём контроля деаэратора

Программа строится по принципу «от сплошного осмотра к локальному инструментальному контролю в найденных и в заведомо опасных зонах».

• Визуально-измерительный контроль внутренней и наружной поверхности после вскрытия, очистки от отложений и снятия изоляции в зонах контроля. Фиксируются язвы с измерением глубины, коррозионные полосы, отдулины, вмятины, состояние внутренних устройств, качество и целостность антикоррозионного покрытия, если оно применялось.
• Ультразвуковая толщинометрия по сетке точек: обечайки по образующим и по поясам, днища, обязательно зона переменного уровня, зоны под опорами, околошовные участки. Сравнение с исполнительными толщинами даёт фактическую скорость коррозии, а с ней — прогноз до следующего обследования.
• Контроль сварных соединений: ультразвуковой контроль кольцевых и продольных швов, радиографический контроль на участках со сложной геометрией, капиллярный или магнитопорошковый контроль внутренней поверхности швов и зон врезок для выявления поверхностных трещин.
• Измерение твёрдости основного металла и швов, при необходимости — металлография репликами.
• Проверка предохранительных устройств, гидрозатвора, водоуказательных приборов, состояния арматуры и опорно-подвесной системы подходящих трубопроводов.
• Гидравлическое испытание по завершении, если это предусмотрено программой и состояние металла допускает его проведение.

Баки-аккумуляторы горячей воды: другая физика отказа

Вертикальный бак-аккумулятор на открытой площадке разрушается по своему сценарию. Давление в нём невелико, но масса воды огромна, а конструкция тонкостенная и рассчитана без большого запаса.

Днище и окрайка. Главная зона риска. Снизу — контакт с основанием, где скапливается влага и идёт почвенная коррозия; сверху — застойный слой воды с отложениями шлама, под которым развивается подшламовая коррозия. Окрайка днища и уторный шов, соединяющий днище с нижним поясом, работают в самых тяжёлых условиях и при этом хуже всего доступны для осмотра без опорожнения и очистки.

Нижние пояса корпуса. Максимальное гидростатическое давление, максимальные кольцевые напряжения. Утонение здесь опаснее, чем вверху.

Зона переменного уровня. Бак-аккумулятор по назначению работает с постоянным изменением уровня, поэтому коррозионная полоса выражена ещё отчётливее, чем в деаэраторе.

Кровля и узел её сопряжения с корпусом. Коррозия изнутри от конденсата, снаружи от осадков. Для баков с герметизирующей жидкостью — состояние слоя и системы подпитки.

Обвалование и защитные ограждения. Формально не металл бака, но именно обвалование определяет, останется ли разрушение аварией на площадке или уйдёт за периметр с поражением людей. Проверяется целостность, высота, вместимость, состояние отводов и запорных устройств на них.

Отдельный момент — просадка и неравномерность основания. Крен бака перераспределяет нагрузки на уторный шов, и трещина возникает раньше, чем позволяет само по себе утонение металла. Нивелировка окрайки и проверка отметок основания входят в обследование наравне с контролем металла.

Типовая программа диагностирования

Последовательность, которая работает и не требует повторных заездов бригады.

• Анализ документации: паспорт, исполнительные чертежи и схема швов, результаты предыдущих обследований, данные о ремонтах и заменах, режимы эксплуатации, водно-химический режим и его нарушения, сведения об отказах.
• Наружный осмотр в рабочем состоянии до вывода в ремонт: течи, потёки, состояние изоляции, осадка, состояние обвалования.
• Опорожнение, отключение, очистка внутренней поверхности от отложений и шлама — без очистки толщинометрия и ВИК бессмысленны.
• Визуально-измерительный контроль внутри и снаружи, разметка зон инструментального контроля.
• Толщинометрия по сетке, контроль сварных соединений, контроль зон выявленных дефектов, геодезическая съёмка основания и окрайки для вертикальных баков.
• Оценка результатов: расчёт фактических напряжений по фактическим толщинам, определение скорости коррозии, расчёт остаточного ресурса.
• Оформление заключения с указанием срока следующего обследования, необходимых ремонтов и ограничений режима.

Что делать с выявленными дефектами

Дефекты делятся на три группы, и подход к ним разный.

Недопустимые — трещины любой протяжённости и ориентации, утонение ниже расчётного минимума, сквозные повреждения. Эксплуатация до устранения запрещена. Ремонт выполняется по проекту с применением сварки, с последующим контролем ремонтных соединений и внесением в паспорт. Заваривать трещину «по месту» без выборки, без определения её границ и без контроля после ремонта — верный способ получить её повторно через сезон, обычно рядом со швом.

Допустимые с ограничением. Локальное утонение, укладывающееся в расчёт, но с высокой скоростью развития. Решение — сокращённый интервал до следующего контроля, дополнительные точки замеров, приведение в порядок водно-химического режима, ограничение диапазона колебаний уровня.

Устранимые эксплуатационными мерами. Отложения, намокшая изоляция, неисправные предохранительные устройства и указатели уровня, неотведённая вода из обвалования. Стоят копейки, а их накопление и создаёт условия для первых двух групп.

Все результаты вносятся в паспорт оборудования. Требования к эксплуатации оборудования под давлением и порядок экспертизы промышленной безопасности смотрите в действующих редакциях по Федеральному закону № 116-ФЗ и в разъяснениях на сайте Ростехнадзора.

Как это делает «Недра»

Лаборатория неразрушающего контроля НПИ «Недра» выполняет полный цикл по деаэраторам и бакам-аккумуляторам: визуально-измерительный контроль, ультразвуковую толщинометрию, ультразвуковой, радиографический, капиллярный и магнитопорошковый контроль сварных соединений, твердометрию, геодезическую съёмку основания, расчёт остаточного ресурса и оформление заключения экспертизы промышленной безопасности.

Когда обследование выпадает на короткое окно между отопительными сезонами, помогает сервис «Блиц-эксперт»: заявка оформляется онлайн и сразу видна экспертам с нужной областью аттестации, первый свободный берёт её в работу, срок от одного дня, цена по тарифу видна до регистрации, оплата двумя частями по 50%, замечания и исправленная документация ходят внутри заявки, заключение приходит с электронной подписью, счёт и акт — в личном кабинете. Опишите оборудование в форме заявки, и инженер соберёт программу диагностирования под ваши сроки вывода в ремонт.

Фото: Peer.Gynt, Flickr, CC BY-SA 2.0