[Tisk]  [Poslat e-mailem]  [Hledat v článcích]
VADY VE SVARECH NÁTRUBKŮ S PLÁŠTĚM KOTLOVÉHO TĚLESA
Datum: 23.5.2007
Autor: Pavel Mařánek, Petr Mrózek, Jan Švub, Zbyněk Zavadil
Zdroj: SBORNÍK PŘEDNÁŠEK - KOTLE A ENERGETICKÁ ZAŘÍZENÍ 2006
Přinášíme příspěvek z tradiční konference KOTLE A ENERGETICKÁ ZAŘÍZENÍ v Brně. Příspěvek podává přehled o vnitřních i povrchových vadách svarů nátrubků s pláštěm kotlového tělesa a obvyklých metodách jejich zjišťování při vnitřních revizích resp. technických prohlídkách provozovaných kotlových těles. Připojena je fotodokumentace výrazných vad, které byly zjištěny ve vývrtech a v jejich okolí při technických prohlídkách kotlových těles. Zvláštní pozornost je věnována popisu techniky, která při nedestruktivní kontrole prozařováním umožňuje vytvořit prostorové zobrazení vnitřních objemových vad těchto svarů (pseudotomografii). Svar nátrubku je prozařován z 12 poloh po celém obvodu svaru a z posunu indikací jednotlivých vad na gamagramech zhotovených v různých polohách jsou vypočteny prostorové souřadnice objemových vad ve svaru a zkonstruováno jejich 3D zobrazení.

Takto získané informace o poloze a velikosti vad svarů nátrubků s pláštěm kotlového tělesa lze využít při rozhodování o způsobu a rozsahu oprav těchto svarových spojů a při zpřesňování výpočtů napjatosti svarových spojů, které jsou prováděny při hodnocení technického stavu kotlových těles a jejich způsobilosti pro další provoz.

1. Úvod

Jednou z hlavních částí tlakových celků kotlů s přirozeným oběhem jsou kotlová tělesa. Jsou to rozměrné tlakové nádoby o velké hmotnosti a právě tyto dvě vlastnosti jsou příčinou toho, že jejich případná výměna z důvodu dožití nebo existence závažné neopravitelné závady je značně časově náročná a samozřejmě i finančně nákladná. Proto je vhodné sladit životnost kotlového tělesa s předpokládanou (požadovanou) dobou provozu kotle. K tomu by měli přispět jak výrobce při vlastní výrobě kotlového tělesa správným návrhem, vhodnou volbou materiálu a důsledným dodržováním předepsaných technologií, tak i provozovatel kotle správným způsobem provozování a zajištěním pravidelných kontrol kotlového tělesa s následným odstraněním zjištěných závad. Jednou z lokalit, jíž je nutné při výrobě kotlových těles i při technických kontrolách provozovaných kotlových těles věnovat zvýšenou pozornost, jsou svary nátrubků s pláštěm tělesa. Tento konstrukční uzel je potenciálním zdrojem mnoha výrobních vad a při provozu je vystaven ve zvýšené míře působení mechanické a tepelné únavy.

2. Současný stav

Nejstarší kotlová tělesa kotlů ve velkých energetických provozech jsou dnes provozována více než 40 let. V 90. letech minulého století bylo v rámci rekonstrukcí kotlů mnoho kotlových těles vyměněno (např. Elektrárna Mělník II, Sokolovská Uhelná) a byla postavena také řada nových kotlů, převážně fluidních (např.v Elektrárně Hodonín, Elektrárně Poříčí, Elektrárně Tisová nebo v Energetice Třinec). Další kotle byly postaveny na odpadní teplo jako součást paroplynového cyklu (např. Sokolovská Uhelná, Teplárny Brno).

Na výrobu kotlových těles byly a jsou používány různé materiály. V současné době se setkáváme u kotlů s výkonem nad 100 t páry za hodinu převážně s kotlovými tělesy, jejichž pláště jsou vyrobeny z ocelí 11 478, 13 123, 15 223 a z materiálu WB 36 (15NiCuMoNb5), který je hojně používán především po roce 1993. Nátrubky pro spádové trubky jsou většinou vyrobené z ocelí 12 022, 15 Mo3 (15 020) a v menší míře i z ocelí 13CrMo44 (15 121) a 15 223.

3. Vady zjišťované při technických prohlídkách

Při kontrolách kotlových těles jsou na povrchu plášťů zjišťovány vady výrobního charakteru z hutní výroby jako např. šupiny, přeložky, zaválcované pleny, otlaky apod. (viz. obr. 1). U podélných a obvodových (příčných) svarových spojů lubů jsou ojediněle zjišťovány výrazné vruby, případně vnitřní necelistvosti.

Defekty z výrobního procesu jako neprůvary a struskové vměstky (viz. obr. 2, 3 a 4) jsou zjišťovány ve svarových spojích nátrubků s pláštěm tělesa a tyto vady se vyskytují v různé míře u většiny kontrolovaných kotlových těles. V průběhu provozování kotlových těles pak mohou vznikat únavové defekty – trhliny (viz. obr. 5) a vnitřní povrch těles je poškozován korozí (např. jako na obr. 6).

4. Zjišťování vad svaru nátrubku s pláštěm kotlového tělesa

Většina povrchových vad v kotlovém tělesu je zjistitelná již při pečlivé vizuální kontrole prováděné za předepsaných podmínek, drobnější povrchové vady resp. lineární vady s malým příčným rozměrem odhalí defektoskopická kontrola kapilární, příp. magnetická prášková. Vnitřní vady ve svarových spojích jsou zjišťovány ultrazvukovou kontrolou nebo prozářením – samozřejmě za předpokladu, že to geometrie zkoušení vzhledem ke tvaru a poloze vady umožní.

Dlouhou dobu zjevně podceňované a ve většině případů výrobcem nekontrolované byly svarové spoje nátrubků s pláštěm kotlového tělesa. S vadami ve svarových spojích nátrubků s pláštěm tělesa jsme se začali setkávat při periodických kontrolách provozovaných kotlových těles na počátku 80. let minulého století. Jedná se převážně o struskové vměstky, často rozměrné, a neprovařený kořen. Tyto vady se nevyskytují pouze na kotlových tělesech vyrobených v období od konce 50. až do počátku 80. let minulého století, ale i u relativně nových kotlových těles vyrobených v posledních letech. V průběhu provozování kotle vlivem změn napětí v materiálu tělesa a působením koroze dochází k obnažení zavařené strusky těsně pod povrchem svarového spoje a později k jejímu vydrolení resp. vypadnutí. Struskový vměstek není většinou oblý a proto má necelistvost ve svarovém kovu způsobená jeho existencí výrazný vrubový účinek. Při odstraňování tohoto defektu vybroušením se většinou objeví další struskový vměstek a někdy celý řádek vměstků.

Provozování kotlového tělesa s vadami ve svarovém spoji nátrubku s pláštěm tělesa zvyšuje výrazně riziko, že bude nutné kotel v důsledku netěsnosti kotlového tělesa neočekávaně odstavit. Toto riziko se samozřejmě netýká jen výpadku výroby, ale obecně to je především riziko bezpečnostní. Je proto nutné tyto vady zjistit, zaměřit a potom rozhodnout o způsobu případné opravy. K zjištění a určení polohy těchto vad slouží obě výše uvedené objemové metody nedestruktivní defektoskopie – ultrazvuková i radiografická, ale nejsou to pro detailní zkoumání svaru metody rovnocenné.

Ultrazvuková metoda je levnější a v provozních podmínkách snáze realizovatelná, na druhou stranu je ale možnost přesné lokalizace vad omezena. Prozařování je metoda, s jejímž použitím jsou spojeny především vysoké bezpečnostní nároky, které při odstávkách kotlů blokují ostatní práce v okolí místa kontroly, ale na druhou stranu tato metoda při vhodné technice zkoušení dovoluje poměrně jednoduchými prostředky získat detailní poznatky o vnitřních vadách kontrolovaného svaru. Popis jedné takové techniky a jejích možností následuje.

5. Technika prostorového zobrazení vad (pseudotomografie)

Obecně je při použití této techniky svar prozářen z více přesně definovaných poloh a z posunu indikací jednotlivých vad na gamagramech zhotovených v různých polohách lze při znalosti geometrie zkoušení vypočítat prostorové souřadnice vad vztažené k zadanému bodu. Přesnost této metody je v podmínkách energetických provozů běžně lepší než ± 2 mm, dosažitelná je hodnota ± 1 mm. V konkrétním případě, kdy byla tato technika použita, byly prozařovány svary nátrubků průměr 194×16 mm na plášti kotlového tělesa ∅1800×85 mm. Svary nátrubků byly prozařovány radioizotopem Ir192 z 12 poloh pravidelně rozložených po celém obvodu svaru. Pro zajištění přesně definované geometrie prozařování byl zkonstruován přípravek, který je na obr. 7. Přípravek má dvě části - vložku do vývrtu, do níž jsou vkládány rentgenové filmy, a vnější objímku nátrubku s ramenem, které nese radioizotop a na kterém je wolframový kolimátor pro vyclonění svazku rtg. záření. Pracovní poloha obou dílů přípravku je ukázána na obr. 8 a 9.

Pro přesné určení změn polohy indikace vady na gamagramech exponovaných v různých polohách byla na vnějším povrchu nátrubku i na vložce do vývrtu umístěna olověná měřítka, která jsou patrná na obr. 7 (vložka) a obr. 9 (nátrubek).

Z detailního proměření indikací vad svaru a jejich polohy vůči „pevným bodům“ na jednotlivých gamagramech byla zpracována tabulka se všemi potřebnými informacemi pro vytvoření dvojrozměrného i trojrozměrného obrazu vad svaru (viz tab. 1 na následující straně). Na obr. 10 je znázorněno 2D zobrazení vad v rozvinuté délce svaru vytvořené ze získaných dat a z jejich rozměrů velice průkazně vyplývá výše konstatovaná závažnost těchto vad svarů.

Tab. 1 – Vyhodnocení gamagramů pro jeden svar nátrubek - plášť

Plné využití potenciálu použité techniky prozařování ale spočívá v možnosti jejího doplnění počítačovou zpětnou projekcí a v konstrukci 3D zobrazení, které poskytuje úplnou informaci o vadách svaru. Pro vytvoření tohoto zobrazení jsme použili SW systém pro modelování ve 3D Autodesk Inventor, v němž lze projekci vad vytvořit v obecném směru pohledu (obr. 11, 12, 13). Pozn.: Na obr. 11 – 13 jsou různé svary, nejsou proto zobrazeny tytéž vady.

6. Praktické využití techniky pseudotomografie

Technika pseudotomografie ve spojení s počítačovou zpětnou projekcí a konstrukcí 3D zobrazení svarového spoje a jeho vad je velmi užitečným diagnostickým nástrojem při kontrolách kvality svarových spojů. V popsaném konkrétním případě byl tento diagnostický nástroj využit pro získání komplexní informace o stavu svarů nátrubků s pláštěm kotlového tělesa, na kterých byly při periodických technických prohlídkách opakovaně zjišťovány četné vnitřní vady (struskové vměstky).

Vzhledem k rizikům, které takové vady představují pro spolehlivý a bezpečný provoz kotle, bylo nutno přistoupit k celkovému hodnocení provozuschopnosti kotlového tělesa a k analýze možných variant dalšího postupu včetně opravy nekvalitních a poškozených svarů nátrubků [1]. Podrobná znalost polohy a rozměrů vnitřních vad svarů získaná pomocí rtg. pseudotomografie umožnila zpřesnit provedené hodnocení bezpečnosti provozu kotlového tělesa a jeho další provozuschopnosti. V případě, že je nutné přistoupit k opravě svaru, poskytují výsledky této nedestruktivní kontroly důležité informace pro její efektivní provedení.

7. Závěr

Při technických prohlídkách provozovaných kotlových těles se velmi často setkáváme s výrobními vadami svarů nátrubků s pláštěm tělesa, které se působením provozního zatěžování dále rozvíjejí a stávají se rizikem pro bezpečný a spolehlivý provoz.

Posouzení bezpečnosti a spolehlivosti provozu kotlového tělesa a případné opravy svarů s vnitřními vadami vyžadují co nejpřesnější informace o poloze a rozměrech těchto vad. Jednou z možností, jak tyto údaje získat, je využití techniky pseudotomografie v radiografické metodě nedestruktivního zkoušení.

Literatura

1. Bielak O. – Masák J.: Možnosti opravy vad kotlových těles ve svarech plášť – nátrubek, konference Kotle a energetická zařízení 2005, Brno březen 2005



 Hodnocení
Zhodnoťte, jak se Vám článek líbil (1 = výborný ... 5 = špatný)
 
průměrné hodnocení: 2 (počet známek: 1) 

Diskuze ke článku
V diskuzi není žádný příspěvek
Přihlášení/odhlášení odběru příspěvků e-mailem:
váš e-mail:

Podmínky užívání portálu TLAKinfo.
Připomínky, náměty a dotazy - redakce portálu.
© Copyright TLAKinfo 2005-2024, všechna práva vyhrazena.