Технология ремонта уплотнений при утечках высокотемпературного пара в корпусе паровой турбины
Thread Content
I. Введение в турбины Турбина (также называемая паровой турбиной) — это вращающийся приводной агрегат, преобразующий энергию пара в механическую работу. В основном используется в качестве двигателя для производства электроэнергии; также может напрямую приводить в действие различные насосы, вентиляторы, компрессоры и винты судов. Кроме того, пар, выходящий из турбины, или пар, отбираемый на промежуточных стадиях, может использоваться для обеспечения теплом производственных процессов и быта. В процессе работы турбины наиболее распространенными проблемами являются утечки и деформация цилиндров. Герметичность соединительных поверхностей цилиндров напрямую влияет на безопасную и экономически эффективную работу агрегата. Важной частью технического обслуживания является отшлифовка соединительных поверхностей цилиндров для обеспечения их герметичности. При устранении утечек через соединительные поверхности необходимо тщательно проанализировать причины их возникновения. В зависимости от степени деформации и размера зазоров можно использовать различные методы для достижения требуемого уровня герметичности. II. Причины утечки воздуха в цилиндре турбины 1. Цилиндры изготавливаются путем литейного процесса; после выпуска с завода они подвергаются процедуре отжига, то есть их хранят в течение определенного времени, чтобы полностью устранить внутренние напряжения, возникшие в процессе литейства. Если срок службы невелик, то обработанные цилиндры могут деформироваться в процессе дальнейшей эксплуатации. Именно поэтому у некоторых цилиндров продолжают возникать утечки даже после первой замены узла, приводящего к утечке. Потому что цилиндр продолжает деформироваться. 2. Ситуация с нагрузками на цилиндр во время его работы очень сложна: помимо давления газов снаружи и внутри цилиндра, а также статических нагрузок, связанных с весом различных компонентов, находящихся внутри него, цилиндр ещё должен выдерживать силы, возникающие при вытекании пара из статичных лопастей, а также силы, оказываемые на цилиндр соединительными трубопроводами в условиях различных температур. Под действием этих сил цилиндр подвергается пластической деформации, что приводит к утечкам. 3. Слишком быстрое изменение нагрузки на цилиндр, особенно при быстром запуске, остановке и изменении режима работы, приводит к значительным колебаниям температуры. Неправильный способ прогрева цилиндра, а также слишком раннее снятие изоляционного слоя во время технического обслуживания также вызывают большие тепловые напряжения и тепловую деформацию в самом цилиндре и на его фланцах. 4. В процессе механической обработки или после дополнительной сварки в цилиндре возникают напряжения. Однако цилиндр не подвергается термообработке для их устранения, в результате чего в нем остаются значительные остаточные напряжения, которые приводят к постоянным деформациям во время работы. 5. В процессе установки или ремонта, из-за особенностей технологии ремонта и используемых методов, зазоры для расширения во внутреннем цилиндре, перегородке цилиндра, кожухе перегородки и кожухе парного уплотнителя могут оказаться неподходящими. Также неподходящими могут быть зазоры в зажимных элементах. В результате этого при работе двигателя возникает значительная сила расширения, которая приводит к деформации цилиндра. 6. Качество используемого уплотнителя для цилиндров плохое, в нем слишком много примесей или модель не соответствует требованиям ； Если в герметике для цилиндров присутствуют твердые частицы примесей, это затрудняет плотное сцепление герметичных поверхностей. Термоусадочный герметик Бокос — это современный материал для герметизации цилиндров турбин; он может использоваться как для высоконапорных, так и для средне- и низконапорных цилиндров, что предотвращает утечки в результате неправильного выбора типа материала. 7. Недостаточная затяжка болтов цилиндра или некачественный материал болтов. Герметичность стыка цилиндров обеспечивается в основном за счёт затяжки болтов. Тепловые напряжения и высокие температуры, возникающие при запуске/остановке двигателя или изменении нагрузки, приводят к расслаблению напряжений в болтах. При недостаточном уровне напряжений предварительное затягивание болтов постепенно снижается. Если материал болтов цилиндра некачественный, то в процессе длительной эксплуатации под действием тепловых напряжений и сил расширения цилиндра болты растягиваются, подвергаются пластической деформации или ломаются. В результате недостаточная затяжка приводит к утечке из цилиндра. 8. Порядок затягивания болтов цилиндра неверный. Обычно болты цилиндра затягиваются одновременно с центра в стороны, то есть от точки наибольшей кривизны или места наибольших деформаций под действием нагрузки. Это позволяет перенести зазор в месте наибольших деформаций к свободным концам цилиндра спереди и сзади, в результате чего зазор постепенно исчезает. Если с обеих сторон оказывается давление в направлении центра, зазоры сосредотачиваются в середине, и на поверхности соединения цилиндров образуется дуговидный зазор, что приводит к утечке пара. III. Методы устранения утечек в цилиндрах турбины. Причины деформации и утечек на стыках цилиндров различаются, так же как и места их возникновения, а также степень деформации и утечек. Сначала необходимо с помощью длинной рулетки и щупов проверить степень деформации стыков цилиндров. В процессе ремонта необходимо принимать соответствующие меры в зависимости от причин утечек и степени деформации. Конкретные методы следующие: 1. В тех случаях, когда деформация цилиндра велика или происходит серьезная утечка пара на поверхностях соприкосновения, используется метод шлифовки этих поверхностей. Если деформация поверхности верхнего цилиндра составляет не более 0,05 мм, то, исходя из этой поверхности в качестве эталона, на поверхность нижнего цилиндра наносится красный порошок или проставляются отметки синей бумагой; затем нижний цилиндр шлифуется с учетом этих отметок. Если степень деформации поверхности, соприкасающейся с верхней частью цилиндра, велика, необходимо нанести на эту поверхность красный порошок, затем использовать большой ровный инструмент для выравнивания поверхности. 2. Используйте подходящие материалы для уплотнения цилиндров. Поскольку в настоящее время не существует единых **стандартов и отраслевых стандартов для герметиков цилиндров турбин, состав исходных материалов, а также формулы приготовления герметиков различаются, в связи с чем качество продукции бывает неравномерным ； При выборе герметика для цилиндров турбины необходимо обращаться к серьезным производителям с гарантированным качеством продукции, чтобы обеспечить герметичность цилиндров после проведения ремонтных работ. Например, термоусадочный герметик BOCOS из Германии представляет собой однокомпонентный пастообразный герметик промышленного назначения. Это качественная смесь для герметизации, подходящая для использования в условиях высоких температур и давлений на гладких, ровных поверхностях соединений. 3. Метод локальной дополнительной сварки. Поскольку поверхность соединения цилиндров может быть повреждена паром или подвергнута коррозии, в результате чего появляются борозды, для их устранения используется подходящий электрод. Затем с помощью плоского инструмента поверхность выравнивается, чтобы шов и поверхность соединения находились в одной плоскости. При значительной деформации поверхности соединения цилиндров или при серьезных утечках пара на этой поверхности необходимо просверлить одну или две швы шириной 10–20 мм с целью устранения зазоров. Затем следует измерить расстояние с помощью уровня или специального инструмента, а также отшлифовать поверхность с использованием красного красителя до полного устранения зазоров. Технология этого процесса также проста: перед сваркой цилиндр подогревают до 150 °C, а затем при комнатной температуре выполняют поэтапную или прерывистую сварку. Используются аустенитные электроды, такие как A407, A412; после сварки поверхность покрывают асбестовой тканью для сохранения тепла и медленного охлаждения. После охлаждения до комнатной температуры производят шлифовку и удаление излишков. 4. Покрытие или напыление поверхности соединения цилиндров. Когда происходит значительная утечка воздуха через поверхность соединения цилиндров, а зазор составляет около 0,50 мм, для сокращения объема работ по шлифовке можно использовать метод покрытия. В качестве анода используется цилиндр, а в качестве катода — кисть. На стыковую поверхность цилиндра несколько раз наносится электролитическое растворение. Толщина покрытия должна соответствовать размеру зазора на стыковой поверхности цилиндра. Вид покрытия определяется материалом цилиндра и способом его обработки. Покрытие путем распыления — это метод, при котором с помощью специального паяльного инструмента с высокотемпературным пламенем металлический порошок нагревается до состояния плавления или пластичности, после чего распыляется на обработанную поверхность цилиндра, формируя слой с требуемыми свойствами. Его особенности заключаются в простоте оборудования и удобстве эксплуатации; покрытие получается прочным. После нанесения покрытия температура цилиндра составляет всего 70–80°C, что не приводит к его деформации. Кроме того, получается покрытие, устойчивое к высоким температурам, износу и коррозии. Следует обратить внимание на то, что перед нанесением покрытия и распылением его необходимо отшлифовать поверхность цилиндра, удалить с нее масло и сделать ее шероховатой. После нанесения покрытия его также необходимо отшлифовать, чтобы обеспечить прочное сцепление слоев. 5. Метод использования уплотнителей на месте соединения. Если просачивание пара в местах между деталями не слишком велико, можно использовать медную сетку с размером ячеек 80–100. Эту сетку необходимо подвергнуть термообработке для снижения её твердости, затем обрезать до нужной формы и разместить в местах просачивания пара. После этого следует использовать герметик для цилиндров. Если зазор между соединительными поверхностями велик и утечка значительна, можно сделать в верхней и нижней соединительных поверхностях канавки шириной 50 мм и глубиной 5 мм. В эти канавки вставляют зубчатые прокладки из материала IGr18Ni9Ti. Толщина таких прокладок обычно на 0,05–0,08 мм превышает глубину канавок. Для корректировки можно использовать прокладки из нержавеющей стали аналогичной формы. 6. Методы контроля напряжения в болтах Если деформация поверхности соединения цилиндров незначительна и равномерна, можно заменить старые болты на новые в тех местах, где есть зазоры, или увеличить предварительное затягивание болтов. Затягивайте болты одновременно с центра в стороны, то есть от места наибольшей дуговой кривизны или места наибольших деформаций под нагрузкой. Теоретически предварительное затягивание болтов можно рассчитать с помощью формулы d/L ≤ A, однако поскольку данные для этого расчета и методы его проведения все еще находятся в стадии исследования, этот подход пока не получил широкого применения; чаще всего значение предварительного затягивания определяется экспериментально в рамках допустимого максимального напряжения в болтах. IV. Инструкция по применению термостойкого герметика Мэйцзяхуа-Биркосит 1. Краткое описание технологии Термостойкий герметик Биркосит (BIRKOSIT Dichtungskitt) в основном используется для создания герметичности на поверхностях, подвергаемых высоким температурам, например, в турбинах, фланцах и клапанах. Он получил признание и сертификацию от таких производителей за рубежом, как Siemens, Alstom, GE и др. BIRKOSIT Dichtungskitt – это однокомпонентный пастообразный герметик промышленного назначения, представляющий собой высококачественную смесь для герметизации. Он подходит для использования в условиях, когда требуются высокие температуры и давления, а также на гладких и ровных поверхностях для создания герметичных соединений. Наносить с помощью шпателя для штукатурки или резинового скребка на сухую поверхность. Поскольку герметизирующий материал не затвердевает, его вязкость лишь незначительно меняется, что позволяет ему сохранять гибкость и эластичность. Поэтому при его использовании нет никаких временных ограничений: сразу после нанесения его можно использовать в эксплуатации, без необходимости ожидания. Для восстановления поверхностей термоизоляции, поврежденных царапинами, следует использовать средства для ремонта серии F от компании Бокос. 2. Технические характеристики: (1) Термостойкость: устойчив к горячему пару и газам при температуре до 900°C, горячей и холодной воде, легким видам топлива и смазочным материалам, сырой нефти и природному газу. (2) Устойчивость к давлению: превосходная адгезия у герметизирующих поверхностей и соединений обеспечивает устойчивость к давлению до 250 бар (255 кг/см²); фланцы без уплотнительных кольцев обеспечивают устойчивость к давлению до 450 бар (459 кг/см²), а резьбовые соединения — до 550 бар (561 кг/см²). (3) Пластическая деформация. Пластичность неограничена, поэтому даже в самых строгих условиях уплотнительная пленка не разрушается. (4) Сферы применения: паровые и газовые турбины, электростанции (включая атомные), газовые и водоочистные заводы, нефтеперерабатывающие заводы, металлургические предприятия, судостроительные заводы, производство красок и резины, химические заводы и многие другие отрасли промышленности. Также используется для герметизации поверхностей цилиндров паровых и газовых турбин, а также турбин, работающих на дымовых газах, в электростанциях (включая атомные). Кроме того, применяется для герметизации промышленных турбин, фланцев оборудования, а также резьбовых соединений при высоких температурах. Особенно подходит для герметичных металлических соединений: паровых и газотурбин, компрессоров, насосов, корпусов, фланцевых соединений и т. д. (5) Срок службы. Для высоконапорных турбин мы гарантируем, что наша продукция способна выдерживать высокотемпературную пару и газы при температуре до 900°C и давлении до 250 бар, а также холодную воду, легкие виды топлива, смазки, минеральное масло и природный газ. При соблюдении рекомендаций по применению и нормальной эксплуатации мы гарантируем срок службы уплотнительных крышек (соединительных элементов) для паровых и газотурбин в размере 10 лет. V. Примеры применения. Описывается практическое применение герметика Meigahua-Bocose компанией Alstom Power (Швейцария) для герметизации соединений паровых и газотурбин. 1. Герметизация соединений следующих турбин с использованием герметика Meigahua-Bocose: (1) Высоконапорные турбины. У высоконапорных турбин имеются две поверхности для герметизации – внутренняя и внешняя. Внутренняя уплотнительная поверхность является нагружаемой поверхностью (внутреннее уплотнение). (2) У средненапорных и низконапорных турбин соединительные элементы на средненапорных турбинах (IPT) и низконапорных турбинах (LPT) образуют непрерывное уплотнение с центральным отверстием. Внутренняя герметичная поверхность является нагружаемой поверхностью и простирается до центрального отверстия. . 2. Селективные повреждения герметизирующей поверхности соединительных элементов (1) Повреждения диаметром ≥0,5–1,0 мм должны быть устранены путем смешивания материала Мэйцзяхуа-Бокос с графитовыми компонентами; в результате образуется эластичная, высокостойкая герметизирующая смесь, способная выровнять повреждения диаметром до 1,0 мм. (2) Повреждения диаметром ≥1,0–2,0 мм должны устраняться с использованием керамическо-металлической герметизирующей смеси; после затвердевания её можно обрабатывать механическими способами (шлифовка, резка и т. д.). 3. Инструкция по применению: в ходе предстоящей проверки можно обнаружить коррозию на горизонтальных швах внутренней оболочки турбины среднего давления; коррозия проявляется в области входа. Представитель клиента предложил провести дополнительную сварку для ремонта, а наш отдел по работе с паровыми турбинами рекомендовал использовать высокотемпературный герметик Megajet-Bocos. Сначала клиенты беспокоились, что герметик может быть смыт, но после примерно 25 000 часов работы во время следующей проверки была доказана долговечность и надежность продукта Meijiahua-Bocosis. По фотографиям можно очень четко увидеть зоны коррозии. 4. Области применения1. Применение в паровых и газотурбинных установках
2. Применение в компрессорах
3. Применение в устройствах-расширителях
4. Применение в генераторных установках
5. Применение различных фланцев и уплотнительных кольцев высокой температуры и высокого давления
6. Применение в других видах оборудования