Введение к работе
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, теп-лообменных 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 заглушённых 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
Впервые предложена стохастическая математическая модель прогноза числа заглушённых теплообменных трубок Модель позволяет определить не только среднее число заглушённых ТОТ, но и их флуктуации Для ряда конкретных аппаратов ТЭС и АЭС разработаны пакеты прикладных программ и выполнены численные эксперименты по прогнозу среднего числа заглушённых труб и их флуктуации
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 флуктуации
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 заглушённых 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 заглушённых 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:
Математические модели стохастического процесса накопления коррозионных отложений на трубчатке парогенераторов и стохастического процесса глушения теплообменных трубок парогенераторов
Полуэмпирические уравнения для скорости роста коррозионных отложений, скорости роста количества заглушённых теплообменных трубок и методы реализации этих уравнений
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
X международная конференция "Безопасность АЭС и подготовка кадров - 2007", Обнинск, 2007 г ,
Международная научно-технической конференция "XIV Бенардосов-ские чтения", Иваново,2007 г
Научно-техническая конференция "Перспективные энергетические технологии Экология Экономика, безопасность и подготовка кадров" Екатеринбург, 2006 г,
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 вве
дения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения Объем дис
сертации составляет 199 страницы основного текста, включая 85 рисунков,
15 таблиц и 56 страниц приложения Список литературы содержит 148 на
именований
