SR::SPM & SR1 – Monitoring żywotności

Jak długo mogę jeszcze eksploatować blok energetyczny?

Grubościenne elementy bloku energetycznego muszą być odporne, podczas eksploatacji, na stałe obciążenia wynikające z wysokiego ciśnienia i temperatury. Nagła awaria takiego komponentu stanowi poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa. Z tego względu już w fazie projektowania i konstrukcji poszczególnych elementów uwzględniane jest oczekiwane zmęczenie materiału. Rzeczywiste zmęczenie stosowanych materiałów nie zwiększa się jednak równomiernie z upływem czasu, tylko zależy w znacznym stopniu od trybu pracy bloku. Po kilku latach eksploatacji wzrasta zatem ryzyko awarii oraz niepewność dotycząca pozostałej rzeczywistej żywotności. SR1 odpowiada na to pytanie, pytanie, które z każdym rokiem nowych trybów pracy i częstych zmian obciążenia staje się ważniejsze.

Obliczanie dopuszczalnych gradientów temperatury i dopuszczalnego obciążenia

Dopuszczalne obciążenie wynika z różnicy krzywych granicznych specyficznych dla elementu względem punktu znamionowego pracy. SR1 może być opcjonalnie wyposażony w funkcję obliczania dopuszczalnego obciążenia. Różnica dopuszczalnych temperatur względem rzeczywistych temperatur jest przy tym wykazywana jako dopuszczalne obciążenie. Tutaj wymagana jest znajomość pola temperatury w obrębie ściany elementu.

Raporty SR1 dostarczają dokładnych informacji

SR1 to system programowy do stałego monitorowania obciążenia grubościennych elementów kotłów w elektrowni i turbin na podstawie sposobu postępowania określonego w TRD lub DIN EN 12952. Sprawozdania SR1 dostarczają następujących wyników dla każdego monitorowanego elementu:

SR1 jest w stanie określić profil temperatury w obrębie ściany elementu w oparciu o czasowe zmiany temperatury medium. Odbywa się to w SR1 poprzez uwzględnienie warunków przenoszenia ciepła wewnętrznej i zewnętrznej ściany elementu. Dzięki temu można zredukować wyposażenie pomiarowe. Jeżeli profil temperatury w obrębie ściany elementu zostanie zarejestrowany przez urządzenia techniki pomiarowej, SR1 może skorzystać z tych danych.

Zakres zastosowania

• Instalacje składające się z elementów narażonych na duże obciążenie i zasilanych ciśnieniem, takich jak rury, kolektory i inne bryły wydrążone, które występują zazwyczaj w generatorach pary w elektrowniach lub w przemyśle chemicznym. Ze względu na wysokie temperatury procesowe elementy te ulegają starzeniu się uzależnionemu od czasu i są zazwyczaj elementami o najkrótszym okresie żywotności.
• Zastosowanie SR1 jest możliwe i przydatne również w starszych instalacjach, w celu zdobycia wiarygodnych informacji o zmęczeniu elementów w przeszłości i możliwym wydłużeniu czasu eksploatacji. Dotyczy do również sytuacji, gdy nie wykonywano stałego monitorowania żywotności SR1 lub brak jest technicznego zapisu danych EPD, a dane eksploatacyjne z przeszłości opierają się tylko na zapisanych taśmach.
• Ponadto po rozpoczęciu monitoringu online istnieje możliwość ekstrapolacji zwrotnej. W tym przypadku aktualnie zarejestrowane wzrosty zmęczenia są przenoszone do historii. Już w przypadku monitoringu online przez ok. 5000 roboczogodzin można w ten sposób wygenerować wiarygodną historię.
• Analiza zużytej żywotności, na podstawie danych historycznych, jest oferowana w ramach usługi.

Korzyści dla klienta

• Stałe monitorowanie żywotności za pomocą SR1 stanowi istotną podstawę oceny dla użytkownika, ZÜS [zatwierdzona jednostka kontrolująca] i właściwych organów, w celu określania zalecanych ustawowo terminów kontroli okresowych, bądź ich wydłużenia. W trakcie kontroli okresowej na podstawie danych stałego monitorowania żywotności można wybrać elementy z najwyższym obciążeniem. Dzięki temu kontrole mogą być planowane jeszcze bardzie efektywnie i precyzyjnie.
• Dzięki celowemu wykorzystaniu istniejących dopuszczalnych obciążeń, określanych przez SR1 można zredukować czasy rozruchu. Elektrownię można zatem szybciej ponownie podłączyć do sieci.
• Liberalizacja rynku energii: Skutki różnej pracy bloków można oceniać w odniesieniu do obciążenia materiału. Analiza pozwala wyciągnąć wnioski na temat możliwych strategi zastosowania bloków.
• Wyniki monitorowania SR1 mogą być eksportowane do nadrzędnego archiwum danych we właściwej lokalizacji, równolegle do zapisu w sprawozdaniach SR1. Dzięki temu są dostępne również do planowania operacyjnego parku elektrowni.
• Monitorowanie żywotności za pomocą SR1 stanowi zgodnie z aktualnie obowiązującymi przepisami i jako „Określenie stanu/diagnostyka w bieżącej eksploatacji“, istotny element monitorowania stanu i kontroli komponentów w instalacjach kotłów parowych.

Referencje SR1

• Vattenfall, Niemcy: Reuter West, Moabit, Lippendorf, Boxberg, Wedel
• RWE, Niemcy: Neurath
• STEAG Power Saar, Niemcy: Weiher
• STEAG, Niemcy: Walsum
• NTPC, Indie: Simhadri, Rihand, Ramagundan, Vindhyachal, Bellary, Sipar, Kahalgon, Dadri, Korba
• DEWA, Dubaj: Jebel Ali

Wymagania dotyczące monitorowania rurociągów

Rurociągi stanowią w dużym stopniu nieokreślone statycznie konstrukcje nośne, których geometria jest często dość skomplikowana. Jeżeli przewody parowe są narażone na działanie wysokich temperatur w stałym obszarze, obciążenia występujące przez dłuższy czas, takie jak ciśnienie wewnętrzne, obciążenia zewnętrzne i termiczne to prowadzi to do postępującego uszkodzenia, a tym samym do skrócenia żywotności.

W przeszłości obliczeniowe włączenie takich rurociągów do koncepcji monitorowania było możliwe tylko w ograniczonym stopniu. Oprócz występujących wielkości ciśnienia i temperatury informacje wymagane do opisu stanu, takie jak ruch rurociągów i występujące siły nie były dostępne.

SR::SPM określa stan rurociągów online

Skrót SPM oznacza steam-pipe-monitoring [ang: monitorowanie rurociągów z parą]. Obciążenie rurociągu określane jest stale na podstawie pomiarów siły i drogi w kierunku poziomym i pionowym. W wielu nowoczesnych instalacjach ta technika pomiarowa jest już dostępna.

Za pomocą SR::SPM oddziałujące obciążenia dodatkowe oraz ich skutki (naprężenia wynikające z obciążenia zewnętrznego i utrudnionej rozszerzalności cieplnej) są precyzyjnie określane. Oprócz wielkości pomiarowych ciśnienia i temperatury, ruchów rurociągów i przenoszenia obciążenia podczas pionowego zatrzymania uwzględniane są również rzeczywiste geometrie komponentów przewodów rurowych. Ta procedura zapewnia, że na określenie stanu wpływają również takie sposoby eksploatacji, których nie można przewidzieć przed uruchomieniem.

Rysunek 1: Prezentacja online sił przekrojowych dla każdego węzła obliczeniowego

Obliczanie zmęczenia

W oparciu o dyrektywę VGB R 506 do określenia obliczeniowego zmęczenia stosuje się następującą procedurę.

• Wykonywanie okresowych (np. 5 do 15 min.) symulacji rurociągów on-line, w których mierzone aktualnie wielkości
  kontrolne są uwzględniane jako warunki ramowe.
• Określanie przekrojowych obciążeń na podstawie własnego ciężaru, utrudnionej rozszerzalności cieplnej, sił tarcia, itp.
• Obliczenie stosunków naprężeń w kształtkach rurowych i innych elementach z naprężeniem krytycznym, przy uwzględnieniu ciśnienia wewnętrznego.
• Szacowanie on-line obliczeniowego zmęczenia elementów podlegających stałemu obciążeniu.
• Ciągła rejestracja, monitorowanie i protokołowanie wszystkich ruchów zawieszeń.

Dzięki temu możliwa jest ocena stanów rurociągów, które nie były oczekiwane lub planowane przed uruchomieniem instalacji.

Redukcja kosztów w systemie

Realizacja strategii konserwacji ukierunkowanej na stan jest znacznym udoskonaleniem w zakresie ekonomiczności, w porównaniu do cyklów opartych na czasie.

• Identyfikacja obszarów przewodów rurowych narażonych na szczególne obciążenia. Koncentracja na tych obszarach w trakcie kontroli okresowych, tzn. zmniejszenie wymaganego nakładu pracy podczas kontroli.
• Ruchy zawieszeń są stale monitorowane. Protokoły zawieszeń mogą być wyświetlane oddzielnie dla danego okresu.
• Ciągłe monitorowanie stanu rurociągów zgłasza natychmiast nieplanowane obciążenia. Skrócenie żywotności wskutek nieoczekiwanych obciążeń może być w ten sposób wykluczone.
• Zastosowanie utworzonego modelu rurociągów redukuje instalację i konserwację wymaganej techniki pomiarowej.

Rysunek 2: Prezentacja porównania wartości zadanych i rzeczywistych ruchów zawieszeń